SBA-15介孔分子筛制备及其吸附和甲烷存储功能研究

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。