MCM-48介孔分子筛的研究进展

周雅菲 潘健民 陈鹏

(上海工程技术大学,上海 201620)

MCM-48介孔分子筛的研究进展

周雅菲 潘健民 陈鹏

(上海工程技术大学,上海 201620)

综述了MCM-48介孔分子筛的研究进展。介绍了MCM-48的制备,表征,性能的研究及应用,最后从提高热稳定性,水热稳定性,催化性能及产率等方面提出了MCM-48的研究趋势。

MCM-48 制备 性能 综述

自从1992年美国Mobil公司首次成功合成M41S系列介孔分子筛以来[1-2]，越来越多的人们对介孔分子筛的制备、表征、应用及其性能的提高进行了研究。其在催化，吸附，分离和主客体化学等方面具有广泛的应用价值[3-4]。MCM-48分子筛具有2-3nm的均一孔径和良好的长程有序性，特别是其三维孔道结构具有优良的传输性能，且不易造成吸附分子移动的障碍。从吸附剂和催化剂角度着眼，MCM-48材料更具有发展潜力，因而备受关注[5]。Wang[9，10，15]等人通过对其合成方法和结构的研究，对其水热稳定性及耐碱性能等方面进行了研究和改善。

1 MCM-48介孔分子筛的研究进展

1.1 MCM-48介孔分子筛的制备

MCM-48介孔分子筛的传统合成方法大多采用水热或高压合成，反应时间长，耗能大[1]，因此人们探索多种合成途径以缩短时间和节省能源[7]。如Zhang[12]等人运用全微波技术合成高性能的MCM-48介孔分子筛。

采用真空浸渍法能较好的将酸性催化剂对甲苯磺酸引入MCM-48孔道内。表征得所制得的中孔炭具有规整的三维孔道结构。此外，还发现二次炭化有利于提高中孔炭的热稳定性。

微波合成法使用sH9402型微波炉，在一定的微波反应釜压力下辐射一段时间后，冷却，用去离子水洗涤并在离心机上离心沉降分离至pH＜9，干燥后得到MCM-48分子筛原粉。

1.2 MCM-48介孔分子筛的表征

介孔分子筛的表征方法有X射线衍射(XRD)、透射电镜TEM

(EDS)、FT—IR、N2吸附等。

可以通过观察XRD图谱中特征峰多少和强弱来判断分子筛结构的有序性、稳定性和结晶度。从TEM图中可以清楚观察样品颗粒的完整程度及大小。EDS分析情况可以看出合成分子筛的各种元素所占比例。另外可以从FT-IR图谱中分析样品表面的官能团进一步了解分子筛的性能。潘[4]等人通过对分子筛的N2吸附-脱附的表征，从而分析所得分子筛的性能好坏。

1.3 MCM-48介孔分子筛性能研究

模板剂、水、氢氧化钠、TEOS等对合成MCM-48介孔分子筛的性能都有影响。刘宁[13]等人探索了水，NaOH用量及晶化时间对分子筛合成的影响。

热稳定性和水热稳定性较差是介孔分子筛目前存在的主要问题。

(1)硅烷化技术：对MCM-48进行硅烷化反应可以增加孔壁憎水性，起稳定中孔的作用[14]。

(2)纳米组装法：Li等[15]将硫酸铝、原硅酸四乙酯(TEOS)与碱混合，室温陈化20h，然后加入CTAB模板剂，于130℃下加热12～48h，制备了含有沸石基本单元的立方相介孔分子筛，比普通方法制备的MCM-48稳定性有很大的提高。

(3)用混合模板剂和新型模板剂：姜[8]等人以混合非离子一阳离子表面活性为模板合成MCM一48介孔分子筛，提高了产物的结晶度和稳定性；翟[11]等人以双表面活性剂为共模板合成MCM-48，实验发现利用较强的范德华力和氢键，能很大程度降低合成MCM-48所需阳离子表面活性剂的量，且有利于制备有序性好、架聚合度高的MCM-48。

(4)合成后处理：合成后处理是通过将焙烧前的MCM-48样品置于可溶性盐溶液或焙烧炉等中进行后处理以提高样品稳定性。蔡[16]等对过渡金属离子掺杂的MCM-48结果表明，掺杂的MCM-48具有优良的催化性能。

(5)高压合成法：Wang[6]等人在高压(约7MPa)和373K合成了MCM-48介孔分子筛。结果表明，高压有利于分子筛孔壁的聚合，导致分子筛结构更加完善。

(6)此外，还可以通过增加孔壁厚度，孔壁晶化法，加入有机胺，等方法来提高热稳定性和水热稳定性。

2 MCM-48介孔分子筛的应用前景

MCM一48介孔分子筛因具有约2.6nm的均一孔径、三维螺旋面孔道结构、良好的长程有序性和较高的热稳定性等特点而备受关注，MCM-48介孔分子筛在催化，吸附，分离和主客体化学等方面具有广泛的应用价值。目前，环境保护已经成为全球关注的热点。挥发性有机化合物(VOCs)是破坏生态环境质量的重要污染物，近年来发现介孔分子筛对VOCs有较好的吸附效果。由于MCM-48具有孔容大和比表面积高的特点，为减少环境污染，可利用它来处理空气和水中的污染物质。另一方面，MCM-48介孔分子筛具有良好的催化活性，可有效提高合成率。

3 MCM-48介孔分子筛存在的主要问题和研究方向

MCM-48介孔分子筛的三维孔道结构具有优良的传输性能，在催化，吸附，分离和主客体化学等方面具有广泛的应用价值。但水热稳定性较差是目前介孔分子筛应用的一大难题，要实现介孔分子筛的广泛应用主要得提高其水热稳定性。可以通过“使用混合模板剂和新型模板剂”、“纳米组装法”等技术。纯硅MCM-48介孔分子筛缺乏活性和离子交换能力，可引入杂原子对其进行改进。

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[3]Isabel Diaz,Joaquin Perez-Pariente and Osamu Terasaki,Structural study by transmission and scanning electron microscopy of the time-dependent structural change in M41S mesoporous silica (MCM-41 to MCM-48,and MCM-50)[J].Journal of Materials Chemistry,2004,14,48-53

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[7]张扬健,赵杉林,等.W-MCM-48中孔分子筛的微波合成与表征[J].催化学报,2000,21(4),0345-0349.

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[15]Li Y S,Shi J L,Chen H R,et al．One-step synthesis of hydrothemally stable cubic mesoporous aluminosilicates with a novel particle structure[J].Microporous Mesporous Mater,2003,60,5l一56．

[16]蔡强,魏长平,等.过渡金属(Ti,Zr,Mn,Cu,Mo,Cr,Co)离子掺杂的MCM-48的合成、表征与催化性能研究[J].高等学校化学学报,1999,20(3).

周雅菲(1993—),女,本科在读,环境工程专业。

潘健民(1966—),男,副教授,研究方向：环境污染物的控制。