硅材料的氮化處理及其吸附與催化性能研究.pdf

1、近幾十年來,由于介孔二氧化硅材料具有高的比表面積和規(guī)整有序的孔結(jié)構(gòu),使其得到了迅速的發(fā)展。這些硅材料在催化、吸附等不同領(lǐng)域都起到了很重要的作用。雖然這些硅材料性質(zhì)穩(wěn)定,但是由于其表面往往具有較為活潑的硅羥基,因此,為了推廣對這些材料的進(jìn)一步應(yīng)用,許多研究逐步轉(zhuǎn)化為對其表面進(jìn)行功能化處理。比如:研究者利用一些金屬直接反應(yīng)來取代硅原子,或者也有些研究者使用后接枝法,將一些有機(jī)官能團(tuán)引入這些硅材料的表面等。但是由于引入原子數(shù)量的限制以及苛刻的

2、改性條件所致,這些功能化方向均有一定的局限性?；谶@些劣勢,人們更傾向于直接取代硅材料骨架中的氧原子來實(shí)現(xiàn)對其硅材料的表面功能化。目前,最為人們所關(guān)注的則是采用高溫氮化的方法將N原子取代硅材料中的O原子,使其原材料堿性化后加以應(yīng)用。
　　在本論文中,通過對自制的球狀氧化硅材料和介孔分子篩SBA-15進(jìn)行高溫氮化處理,獲得不同含氮量的氮氧化硅材料,并將氮化后的介孔分子篩SBA-15用于負(fù)載銀催化劑。同時(shí),采用掃描電鏡(SEM)、透射

3、電鏡(TEM)、元素分析(CNH)、X-射線光電子能譜(XPS)和29SiMASNMR等表征手段對其合成的載體以及催化劑進(jìn)行表征,并將球狀氮氧化硅材料進(jìn)行二氧化碳吸收性能的測試研究,將氮化前后載體負(fù)載的銀催化劑進(jìn)行了CO選擇性氧化反應(yīng)的催化活性測試,研究氮化改性后的硅材料對其應(yīng)用的影響。主要結(jié)果如下:
　　1.采用高溫氮化的方法對其自制氧化硅材料進(jìn)行氮化改性處理,獲得了高含氮量的氮氧化硅材料,氮化后的硅材料中氮含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))最高

4、可達(dá)9.48％,并將含氮量最高的氮氧化硅材料SiO2-N-1000進(jìn)行二氧化碳吸收性能的測試,由于氮氧化硅材料中引入N原子使其具有了堿性基團(tuán),而堿性基團(tuán)則與酸性氣體CO2之間存在強(qiáng)作用力,使得氮氧化硅材料對二氧化碳的吸收量明顯高于未氮化前驅(qū)體材料對二氧化碳的吸收量,吸收量從3.08×10-4g/g提高到6.71×10-4g/g。
　　2.采用同樣的高溫氮化的方法對介孔分子篩SBA-15進(jìn)行改性處理,獲得一系列不同氮化溫度下的載體材

5、料,并進(jìn)一步應(yīng)用這些載體合成出銀催化劑,進(jìn)行CO選擇性氧化反應(yīng)的催化活性測試。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中得出,高溫氮化處理分子篩的方法,雖然使得氮化產(chǎn)物的規(guī)整性有所降低,但仍然保持了前驅(qū)體分子篩SBA-15典型的介孔結(jié)構(gòu)。并隨著氮化溫度的升高,氮化分子篩中的含氮量也逐漸升高。而由于氮物種和銀粒子之間的相互作用,使得銀粒子均勻的分散到了載體材料上,因此氮化溫度的逐漸升高也直接引起了銀在載體上的分散性,從而使得含氮量越高的催化劑表現(xiàn)出越好的催化活性與選擇