化学工程与工艺专业创新实验

摘要：MCM-41中孔分子筛具有相当大的潜在价值。该文在碱性条件下，采用水热晶化法，以硅酸钠为硅源，表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵为结构模板剂，成功合成出MCM-41中孔分子筛。采用XRD，IR，TG等表征手段研究了合成条件（pH值），凝胶后处理条件（老化时间，晶化时间和焙烧温度）和碱介质的选择对MCM－41结构的影响。

关键词：MCM-41分子筛 晶化时间 十六烷基三甲基溴化铵的量 温度

中图分类号：O658 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）01（b）-00-01

MCM-41分子筛是一种中孔分子筛催化材料，孔径大小在1.5～10nm范围，广泛适用于具有较大分子尺寸的有机反应物之间的催化反应。

具有高比表面积（约1000 m2/g）和大吸附量（大于0.7 ml/g）的特点，有利于有机分子的快速扩散，能为大分子择型反应提供有利空间和有效酸性活性中心，这类分子筛具有重要的理论和实际意义的课题，介孔材料存在巨大的比表面积及规则的孔道排布，在材料的表面有可能形成催化活性中心，用于催化酸、碱或氧化还原反应。

1 实验内容

1.1 实验药品

十六烷基三甲基溴化铵，乙二胺，正硅酸乙酯，盐酸。

1.2 实验仪器

磁力搅拌器，反应釜，干燥箱，抽滤机。

1.3 制备步骤

(1）将1.767 g十六烷基三甲基溴化铵溶解于48.0 ml去离子水中，再加入0.583 g乙二胺，搅拌15 min；

(2）逐滴、缓慢加入8.524 g正硅酸乙酯，保持温水浴（约35 ℃至40 ℃），继续搅拌2 h；

(3）调节溶液pH，将试样装入反应釜，在110 ℃下水热反应48 h；

(4）将试样抽滤洗涤至中性、干燥8 h，最后在550摄氏度下煅烧6 h，得到MCM-41分子筛。

1.4 因素考察

(1）模板剂用量：1.178 g、1.473 g、1.767 g、2.356 g、3.534 g。

(2）晶化时间：12 h、24 h、36 h、48 h、60 h。

1.5 对MCM-41分子筛的表征

(1）X射线粉末衍射（XRD）谱图分析：观察X射线粉末衍射谱图，标记特征吸收峰，并归纳吸收峰和结晶度随考察因素的变化规律，例如峰强、峰宽、峰位移。

(2）傅立叶变换红外光谱（FT-IR）分析：观察红外光谱图，标记特征吸收峰，并归纳吸收峰随考察因素的变化规律。

(3）热重-差热（TG-DTA）曲线分析：观察曲线，标记DTA曲线吸热峰和放热峰，和TG曲线上的转折点。

2 表征结果分析

(1）晶化时间的影响：老化时间越长，可提高MCM-41的孔道规整性；一定的晶化时间是必要的。

(2）X射线粉末衍射（XRD）谱图

分析：

图1 X射线粉末衍射（XRD）谱图

MCM一4l的XRD图谱中，在小角区出现四个衍射峰：在2。C左右有一强衍射峰（100），在3～7。

C有三个小峰（110）（200）（210）。这些峰的位置与六方品格衍射峰的位置吻合。文献中通常采用XRD图谱中（100）面的衍射峰高表示晶体有序度[1]。衍射峰较强，表明晶体有序度较高；衍射峰较弱或半峰宽较宽，表明晶体有序度较低或粒度较小；而当XRD峰分辨不清及峰值极小，表示试样中存在短程六角对称或含有一定量的无定性二氧化硅。

非离子表面活性剂作模板剂时，XRD衍射峰中只出现一级衍射峰，说明孑L道排列的有序度较低。这是因为非离子表面活性剂与硅酸盐物种间通过氢键相互作用较弱，模板剂的诱导作用较弱所致。

CTAB与非离子表面活性剂复合体系为模板剂时，因阳离子表面活性剂的存在会增强与无机物种间的作用，有助于孑L道排列有序度增加。

这样通过调节两类表面活性剂的比例及改变非离子表面活性剂的烃链链长，可合成有一定稳定性的材料

（3）傅立叶变换红外光谱（FT-IR）分析：FT—IR谱图亦常用于MCM一41的表征。测定在1O0。

C下制得的MCM一41的FT—IR谱图，发现在骨架振动区（1500～400 cm）的振动峰谱与合成体系中未加模板剂（CTAB）时得到的硅胶的振动峰谱一致，即存在1081、966、804和467cm振动峰。

(4）热重-差热（TG-DTA）曲线分析：MCM-41中孔分子筛的热稳定性较好，在840 ℃时焙烧仍能保持较好的介孔结构。

结论表明：合成MCM-41中孔分子筛时。老化时间越长，可提高MCM-41的孔道规整性；一定的晶化时间是必要的。在合成MCM-41分子筛时，使用乙二胺的效果最好。

参考文献

[1]Kresge C T，LeonowiczM E，Roth W J，et a1．Na—ture[J].1992，359：710-712．

[2]Beck J S，Vartuui J C，Roth W J，et a1．J AmChemSoc[J].1992，114：10834—10843．

[3]Huo Q，Margolese D I，Ciesla U，et a1．Nature[J].1994，368：317—321．

[4]Cheng C F，Luanz H，Klinowski J．Langmuir[J].1995，11：2815—2819．