功能化介孔碳材料制備及催化性能的實驗與分子模擬研究.pdf

1、介孔碳材料因其具有規(guī)整的介孔孔道結構、較大的比表面積和孔容，在催化領域具有廣闊的應用前景。本文分別采用納米澆鑄法和水相自組裝法制備得到具有規(guī)則介孔孔道結構的有序介孔碳材料；系統(tǒng)研究了介孔碳材料表面酸功能化及高疏水性改性方法；考察了介孔碳基固體酸催化劑的孔道結構、表面酸性及表面疏水性對催化高酸值油脂降酸性能的影響；通過實驗和分子模擬方法探討了介孔碳材料的自組裝機理。
　　本文以介孔氧化硅為鑄型模板,采用納米澆鑄法，經碳化、磺化后成功

2、制得磺化介孔碳固體酸催化劑。通過對澆鑄過程、碳化和磺化條件的系統(tǒng)研究表明：以蔗糖為碳源，經過兩次澆鑄可以得到孔徑分布均一、比表面積較大的介孔碳材料；經600℃碳化、160℃磺化6 h處理得到的磺化介孔碳催化劑的表面具有較穩(wěn)定的B酸位、酸密度較高、介孔孔道結構完整、且骨架結構比較穩(wěn)定。系統(tǒng)考察了催化劑對催化高酸值油脂酯化降酸反應的活性，研究結果表明，在優(yōu)化的反應條件下，游離脂肪酸轉化率達到93.8％，高酸值油脂的酸值降至2 mg KOH/

3、g以下。本文構建了磺化介孔碳團簇模型，通過密度泛函理論計算研究表明，甲醇更容易與預先吸附的油酸發(fā)生相互作用,而不是催化劑表面的酸性位；在表面酸中心吸附的水會導致反應物甲醇和油酸的吸附能明顯下降。
　　在水相體系中，采用一步法成功合成得到一系列不同氟含量的含氟有序介孔碳材料。表征結果表明，該材料具有規(guī)則的介孔結構、較大的比表面積和均一的孔徑；氟的引入提高了材料的表面疏水性；隨著氟含量的增加、表面疏水性增強；磺化后的含氟介孔碳材料仍然

4、具有較強的疏水性。通過考察磺化含氟介孔碳催化劑在不同水含量下的催化酯化活性，發(fā)現(xiàn)在有水存在的條件下磺化含氟介孔碳仍可保持較高的催化酯化活性；氟含量越高的催化劑受水影響而使催化活性下降的程度越小。
　　采用耗散粒子動力學方法模擬研究了水相合成含氟介孔碳材料的自組裝過程。結果表明，模板劑疏水端構成了介孔碳材料的介孔結構；模板劑親水端和體系中的碳源共同構成了介孔碳的孔壁；在模板劑脫除后,模板劑親水端中的碳源形成了介孔碳材料孔道壁面的微孔