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)整有序的孔結構,使其得到了迅速的發(fā)展。這些硅材料在催化、吸附等不同領域都起到了很重要的作用。雖然這些硅材料性質穩(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一步應用,許多研究逐步轉化為對其表面進行功能化處理。比如:研究者利用一些金屬直接反應來取代硅原子,或者也有些研究者使用后接枝法,將一些有機官能團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。基于這些劣勢,人們更傾向于直接取代硅材料骨架中的氧原子來實現(xiàn)對其硅材料的表面功能化。目前,最為人們所關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用于負載銀催化劑。同時,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行表征,并將球狀氮氧化硅材料進行二氧化碳吸收性能的測試研究,將氮化前后載體負載的銀催化劑進行了CO選擇性氧化反應的催化活性測試,研究氮化改性后的硅材料對其應用的影響。主要結果如下:
　　1.采用高溫氮化的方法對其自制氧化硅材料進行氮化改性處理,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(質量分數(shù))最高

4、可達9.48％,并將含氮量最高的氮氧化硅材料SiO2-N-1000進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,而堿性基團則與酸性氣體CO2之間存在強作用力,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,并進一步應用這些載體合成出銀催化劑,進行CO選擇性氧化反應的催化活性測試。從實驗結果中得出,高溫氮化處理分子篩的方法,雖然使得氮化產物的規(guī)整性有所降低,但仍然保持了前驅體分子篩SBA-15典型的介孔結構。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