SBA-15介孔分子筛制备及其吸附和甲烷存储功能研究

【摘要】： 无机介孔材料与原有的微孔沸石分子筛相比,其有序的介孔通道可以成为大分子的吸附或催化反应场,由于在重油催化和大分子分离等领域的广阔应用前景,介孔材料成为人们的研究热点之一。1998年美国加州大学的Stucky等人使用非离子型表面活性剂合成了一种新型的硅基介孔分子筛SBA-n系列,其中尤以SBA-15最为引人注目。因为其具有很好的结构性能、较好的水热稳定性、稳定的骨架结构、易于修饰的内表面、一定壁厚且易于掺杂的无定型骨架组成等优点,因此在化学工业、环境能源、生物技术、吸附分离、催化及光、电、磁等众多领域有很大的发展前景。本实验首先研究了各种合成因素对SBA-15物理性质的影响,并开发SBA-15材料在小分子气体CH4、CO2和N2的吸附分离领域和甲烷水合物存储领域的应用。 在SBA-15的制备过程中,使用0.1M的HCl浓度,能使合成的材料在其他条件相同的情况下具有最高的比表面积和孔容。通过调节合成温度、晶化时间以及扩孔剂1,3,5-三甲苯(TMB)的添加量,可以获得孔径在5-20nm之间连续可调,并且具有500m2/g-900m2/g高比表面积的介孔材料SBA-15。通过重复性实验,知道SBA-15材料具有良好的可重复性。 选取三个具有不同物理性质的SBA-15材料,测定了每个材料在275K时CH4、CO2和N2三种气体的吸附等温线,实验发现SBA-15材料对这三种气体的吸附能力差异很大,因此可以用来作为吸附法分离CH4、CO2和N2的吸附剂。 通过测定预吸附不同水量SBA-15材料的275K甲烷吸附等温线,发现吸附等温线存在明显的突越现象。随着预吸附水量的增加,甲烷的最大吸附量逐渐增加,发生突越的压力逐渐降低:Rw=2.92时,甲烷水合物的最大储量是干料储量的3.75倍,突越点压力与纯水中甲烷水合物的生成压力十分接近。而后测定了不同温度275K、277K、279K和281K时水料比为2.69的材料的甲烷吸附等温线,通过生成焓的计算,进一步确认在突越点处生成了甲烷水合物。 【关键词】：SBA-15制备 吸附 甲烷水合物
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TQ424.25;TQ028.15
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 前言8-9
• 第一章 文献综述9-25
• 1.1 介孔材料SBA-159-22
• 1.1.1 引言9-10
• 1.1.2 SBA-15的合成10-16
• 1.1.2.1 合成方法10
• 1.1.2.2 合成机理10-12
• 1.1.2.3 SBA-15的孔结构12-13
• 1.1.2.4 合成影响因素13-16
• 1.1.2.5 水热稳定性16
• 1.1.3 SBA-15的表征16-20
• 1.1.3.1 吸附等温线17-18
• 1.1.3.2 比表面积18-19
• 1.1.3.3 孔径分布(BJH方法)19-20
• 1.1.4 SBA-15的应用20-22
• 1.1.4.1 在催化领域的应用20-21
• 1.1.4.2 在材料领域的应用21
• 1.1.4.3 在吸附分离领域的应用21-22
• 1.2 天然气水合物22-24
• 1.2.1 水合物的组成和结构22-24
• 1.2.2 多孔介质中天然气水合物的存储24
• 1.3 本实验主要工作24-25
• 第二章 实验25-36
• 2.1 实验内容25-26
• 2.1.1 实验原料25
• 2.1.2 实验步骤25-26
• 2.2 实验装置26-31
• 2.2.1 原理26-27
• 2.2.2 N_2吸附曲线测定装置及其使用27-28
• 2.2.3 CH_4吸附曲线测定装置及其使用28-31
• 2.3 数据处理31-36
• 2.3.1 吸附槽自由空间体积的计算31-33
• 2.3.2 吸附量的计算33-36
• 第三章 结果与讨论36-64
• 3.1 SBA-15介孔分子筛的合成影响因素36-52
• 3.1.1 盐酸浓度的影响36-38
• 3.1.2 晶化温度的影响38-41
• 3.1.3 晶化时间的影响41-43
• 3.1.4 SBA-15样品的进一步表征43-47
• 3.1.4.1 由77KN_2吸附－脱附等温线的吸附分支计算的孔径分布43-44
• 3.1.4.2 样品的SEM扫描电镜分析44
• 3.1.4.3 样品的小角度XRD衍射分析44-46
• 3.1.4.4 TEM透射电镜分析46-47
• 3.1.5 扩孔剂1,3,5-三甲苯(TMB)的影响47-51
• 3.1.6 产品的重复性51-52
• 3.2 SBA-15介孔分子筛的气体吸附性能52-56
• 3.2.1 储氢性能的测定53-54
• 3.2.2 其他气体的吸附性能研究54-56
• 3.3 湿SBA-15介孔分子筛存储甲烷的研究56-64
• 3.3.1 样品的水热稳定性57-58
• 3.3.2 在预吸附不同水量的SBA-15介孔分子筛上存储CH_458-59
• 3.3.3 甲烷水合物的生成动力学59-60
• 3.3.4 湿SBA-15介孔分子筛的吸入－解吸等温线60-61
• 3.3.5 温度对湿SBA-15介孔分子筛存储甲烷的影响61-62
• 3.3.6 生成焓计算62-64
• 第四章 结论64-65
• 参考文献65-71
• 发表论文和参加科研情况71-72
• 致谢72

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