納米si02顆粒組裝改性蒙脫土汽油脫硫劑

1、1第21卷第4期2006年7月無機(jī)材料學(xué)報(bào)JournalofInganicMaterialsV0121，NO4Jul。，2006文章編號(hào)：1000—324X(2006)04—0953—05納米Si02顆粒組裝改性蒙脫土汽油脫硫劑趙少云，陳愛平，劉偉，陳曉萍(華東理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院超細(xì)材料制備與應(yīng)用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海200237)摘要：以鈉基蒙脫土為原料，利用模板導(dǎo)向技術(shù)在其層間組裝多孔納米SiO。顆粒，并浸漬負(fù)載過渡金屬氧化

2、物納米顆粒制得汽油脫硫劑通過XRD、TG、TEM、FT—IR和孔結(jié)構(gòu)分析等手段表征了合成的多孔材料的結(jié)構(gòu)和性能汽油吸附脫硫?qū)嶒?yàn)結(jié)果表明，經(jīng)納米材料組裝改性的蒙脫土具有擇形吸附的特性，對(duì)汽油中的含硫化合物的脫除率相比鈉基蒙脫土提高了52％過渡金屬氧化物納米顆粒改性補(bǔ)強(qiáng)Si02柱撐蒙脫土的熱穩(wěn)定性有顯著提高關(guān)鍵詞；蒙脫土；模板導(dǎo)向；組裝；汽油脫硫中圖分類號(hào)：TB383，TQ426文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A1引言蒙脫土作為天然層狀多孔結(jié)構(gòu)材料已經(jīng)被廣泛地

3、應(yīng)用于催化、復(fù)合材料、醫(yī)藥、日用化工等領(lǐng)域[h6f利用蒙脫土層狀結(jié)構(gòu)可調(diào)控以及可離子交換的特性，在其層間引入大體積的交聯(lián)劑或溶膠粒子，可合成多孔層柱蒙脫土材料，該材料已在擇形吸附和擇形催化等領(lǐng)域顯示了廣闊的應(yīng)用前景【7~9】傳統(tǒng)的交聯(lián)柱撐多孔蒙脫土材料存在孔徑分布寬、層柱分布不均、熱穩(wěn)定性較差和結(jié)構(gòu)性能不易調(diào)控等不足[1011]人們?cè)谕ㄟ^有機(jī)模板劑導(dǎo)向無機(jī)離子排布合成有序孔結(jié)構(gòu)材料如MCM一41等方面進(jìn)行了大量的研究[12”14]，本文

4、使用模板導(dǎo)入劑將正硅酸乙酯引入蒙脫土層間，再經(jīng)水解、縮合和聚合，制備出孔徑為2o一30nm的多孔層柱粘土材料通過浸漬法將活性組份負(fù)載在Si02柱撐蒙脫土上，得到過渡金屬氧化物活性組分以納米顆粒形式組裝在Si02柱和蒙脫土介孔層間的汽油脫硫劑2實(shí)驗(yàn)部分21含有機(jī)模板劑的蒙脫土材料的制備選用浙江安吉鈉基蒙脫土(NaMMT)、十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)、四丁基氫氧化銨(TLH)和稀硝酸作原料，利用蒙脫土具有離子交換的特性，使有機(jī)銨插層到

5、蒙脫土的層間【11】實(shí)驗(yàn)時(shí)按NaMMT與有機(jī)銨、硝酸均為o3CEC(CEC為該蒙脫土的離子交換量，單位為103mol／lOOg)的配比，先將蒙脫土制成25％固含量的懸濁液，再與有機(jī)銨溶液強(qiáng)力攪拌混合；將溫度升至50一60。C并保3一MMT進(jìn)行納米Si02顆粒組裝實(shí)驗(yàn)表1蒙脫土離子交換改性的層間距Table1XRDdataofmontmillonitesmodifiedbyionexchangeTheincrementofdoolbase

6、donNaMMT32納米Si02顆粒組裝改性蒙脫土321改性蒙脫土的層狀結(jié)構(gòu)蒙脫土經(jīng)有機(jī)銨交換改性后，以中性胺作導(dǎo)向劑將硅酸乙酯引入蒙脫土層間內(nèi)發(fā)生水解圖1萬方數(shù)據(jù)XRD廣角衍射結(jié)果表明B、C兩個(gè)樣品經(jīng)過550。C煅燒除去有機(jī)模板導(dǎo)向劑后，4期趙少云，等：納米8i02顆粒組裝改性蒙脫土汽油脫硫劑955它們的d001分別為282和268nm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原土的層間距126nm，這也證實(shí)導(dǎo)致蒙脫土層間距變大是由于層內(nèi)有Si02柱體形成從圖2的紅

7、外光譜圖可知，Si—O—Si彎曲振動(dòng)峰由A樣品1040cm。分別向高波數(shù)移至B樣品1078cm_1和C樣品1100cm～，這與用凝膠法制備硅柱蒙脫土IR分析的結(jié)果一致IS】，表明蒙脫土層間距的增大是因?yàn)楣柚伤聢D1多孔納米材料組裝樣品的XRD圖譜Fig1XRDpatternsofsamples322改性蒙脫土的孔結(jié)構(gòu)與形貌400035003000250lD200015001000500盹yenl曲ers／cm1圖2多孔材料組裝樣品的

8、FTIR圖譜Fig2FT—IRspectraofsamples從表2結(jié)果可知，在蒙脫土層間組裝硅柱以及過渡金屬元素氧化物納米顆粒后，樣品B和樣品C的孔容增至025cm3／g以上，孔容的增大是蒙脫土層間距增大的結(jié)果BET比表面積由原土337m2／g變?yōu)锽樣3621m2／g和c樣1814m2／g，比表面積顯著增大，說明組表2蒙脫土和多孔材料的孔結(jié)構(gòu)分析結(jié)果Table2PestructureofvariousMMTsThemostprobab

9、lepediameterofthesepesisabout250nm圖3樣品的TEM照片F(xiàn)ig3TEMphotosofsamples(a)ThephotoofA(NwMMT)；(b)ThephotoofC(Siliea／MMTmodifiedbynano—paxticles)∞∞∞∞如0，I／9p寫暑H目是皇萬方數(shù)據(jù)956無機(jī)材料學(xué)報(bào)裝的硅柱是具有豐富微孔結(jié)構(gòu)的多孔柱狀物，硅柱不僅將層間孔道撐開，而且它自身是以納米柱狀形式分布在蒙脫土層

10、間并形成一定的孔結(jié)構(gòu)C樣品的比表面積相對(duì)B樣有明顯的下降，這說明過渡金屬元素的氧化物主要負(fù)載在硅柱上，堵塞了部分硅柱上的微孔雖然比表面積的下降會(huì)降低樣品的吸附性能，但下面熱穩(wěn)定性試驗(yàn)將表明這種過渡金屬納米氧化物對(duì)硅柱的修飾作用，將會(huì)補(bǔ)強(qiáng)硅柱，進(jìn)一步提高吸附劑的熱穩(wěn)定性由A、B、C樣品的孔分布分析可見，導(dǎo)入Si02后的B、C樣品在20^一33nm間的孔有較大的增加，并且蒙脫土的孔徑分布變窄，更集中在25nm附近圖3是樣品A、C的TEM的照