MCM―48介孔分子筛的进展

【摘 要】综述了MCM-48介孔分子筛的研究进展.介绍了MCM-48的制备,表征,性能的研究及应用,最后从提高热稳定性,水热稳定性,催化性能及产率等方面提出了MCM-48的研究趋势.

【关 键 词】MCM-48制备性能综述

自从1992年美国Mobil公司首次成功合成M41S系列介孔分子筛以来[1-2],越来越多的人们对介孔分子筛的制备、表征、应用及其性能的提高进行了研究.其在催化,吸附,分离和主客体化学等方面具有广泛的应用价值[3-4].MCM-48分子筛具有2-3nm的均一孔径和良好的长程有序性,特别是其三维孔道结构具有优良的传输性能,且不易造成吸附分子移动的障碍.从吸附剂和催化剂角度着眼,MCM-48材料更具有发展潜力,因而备受关注[5].Wang[9,10,15]等人通过对其合成方法和结构的研究,对其水热稳定性及耐碱性能等方面进行了研究和改善.

1MCM-48介孔分子筛的研究进展

1.1MCM-48介孔分子筛的制备

MCM-48介孔分子筛的传统合成方法大多采用水热或高压合成,反应时间长,耗能大[1],因此人们探索多种合成途径以缩短时间和节省能源[7].如Zhang[12]等人运用全微波技术合成高性能的MCM-48介孔分子筛.

采用真空浸渍法能较好的将酸性催化剂对甲苯磺酸引入MCM-48孔道内.表征得所制得的中孔炭具有规整的三维孔道结构.此外,还发现二次炭化有利于提高中孔炭的热稳定性.

微波合成法使用sH9402型微波炉,在一定的微波反应釜压力下辐射一段时间后,冷却,用去离子水洗涤并在离心机上离心沉降分离至pH<9,干燥后得到MCM-48分子筛原粉.

1.2MCM-48介孔分子筛的表征

介孔分子筛的表征方法有X射线衍射（XRD）、透射电镜TEM（EDS）、FT―IR、N2吸附等.

可以通过观察XRD图谱中特征峰多少和强弱来判断分子筛结构的有序性、稳定性和结晶度.从TEM图中可以清楚观察样品颗粒的完整程度及大小.EDS分析情况可以看出合成分子筛的各种元素所占比例.另外可以从FT-IR图谱中分析样品表面的官能团进一步了解分子筛的性能.潘[4]等人通过对分子筛的N2吸附-脱附的表征,从而分析所得分子筛的性能好坏.

1.3MCM-48介孔分子筛性能研究

模板剂、水、氢氧化钠、TEOS等对合成MCM-48介孔分子筛的性能都有影响.刘宁[13]等人探索了水,NaOH用量及晶化时间对分子筛合成的影响.

热稳定性和水热稳定性较差是介孔分子筛目前存在的主要问题.

（1）硅烷化技术：对MCM-48进行硅烷化反应可以增加孔壁憎水性,起稳定中孔的作用[14].

（2）纳米组装法：Li等[15]将硫酸铝、原硅酸四乙酯（TEOS）与碱混合,室温陈化20h,然后加入CTAB模板剂,于130℃下加热12～48h,制备了含有沸石基本单元的立方相介孔分子筛,比普通方法制备的MCM-48稳定性有很大的提高.

（3）用混合模板剂和新型模板剂：姜[8]等人以混合非离子一阳离子表面活性为模板合成MCM一48介孔分子筛,提高了产物的结晶度和稳定性；翟[11]等人以双表面活性剂为共模板合成MCM-48,实验发现利用较强的范德华力和氢键,能很大程度降低合成MCM-48所需阳离子表面活性剂的量,且有利于制备有序性好、架聚合度高的MCM-48.

（4）合成后处理：合成后处理是通过将焙烧前的MCM-48样品置于可溶性盐溶液或焙烧炉等中进行后处理以提高样品稳定性.蔡[16]等对过渡金属离子掺杂的MCM-48结果表明,掺杂的MCM-48具有优良的催化性能.

（5）高压合成法：Wang[6]等人在高压（约7MPa）和373K合成了MCM-48介孔分子筛.结果表明,高压有利于分子筛孔壁的聚合,导致分子筛结构更加完善.

（6）此外,还可以通过增加孔壁厚度,孔壁晶化法,加入有机胺,等方法来提高热稳定性和水热稳定性.

2MCM-48介孔分子筛的应用前景

MCM一48介孔分子筛因具有约2.6nm的均一孔径、三维螺旋面孔道结构、良好的长程有序性和较高的热稳定性等特点而备受关注,MCM-48介孔分子筛在催化,吸附,分离和主客体化学等方面具有广泛的应用价值.目前,环境保护已经成为全球关注的热点.挥发性有机化合物（VOCs）是破坏生态环境质量的重要污染物,近年来发现介孔分子筛对VOCs有较好的吸附效果.由于MCM-48具有孔容大和比表面积高的特点,为减少环境污染,可利用它来处理空气和水中的污染物质.另一方面,MCM-48介孔分子筛具有良好的催化活性,可有效提高合成率.

3MCM-48介孔分子筛存在的主要问题和研究方向

MCM-48介孔分子筛的三维孔道结构具有优良的传输性能,在催化,吸附,分离和主客体化学等方面具有广泛的应用价值.但水热稳定性较差是目前介孔分子筛应用的一大难题,要实现介孔分子筛的广泛应用主要得提高其水热稳定性.可以通过“使用混合模板剂和新型模板剂”、“纳米组装法”等技术.纯硅MCM-48介孔分子筛缺乏活性和离子交换能力,可引入杂原子对其进行改进.