《第一章-沉淀和共沉淀分离法第二节：共沉淀分离法化学与化学工程-分离技术-教学课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第一章-沉淀和共沉淀分离法第二节：共沉淀分离法化学与化学工程-分离技术-教学课件.ppt（70页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、齐齐哈尔大学化学与化学工程学院主讲主讲:田志茗田志茗齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分离技术2006-2007年第二节：共沉淀分离法共沉淀：共沉淀：当难溶化合物沉淀从溶液中析出时，共存于溶液当难溶化合物沉淀从溶液中析出时，共存于溶液中的微量组分、痕量组分一起带入沉淀中的现象。中的微量组分、痕量组分一起带入沉淀中的现象。待分离组分待分离组分载体载体,常量组分常量组分齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分离技术2006-2007年载体应具备的条件：（1）共沉淀时既具有选择性，又是定量的;（2）载体本身不发生干扰，易于除去;（3）有较高的共沉淀效率.（4）载体用量少，沉淀快；齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分
2、离技术2006-2007年第二节：共沉淀分离法混晶共沉淀吸附共沉淀单质晶体共沉淀无机共沉淀分离 有机共沉淀分离共沉淀分离法分类 真正混晶新类型混晶 反常混晶 同晶共沉淀 同二晶沉淀 齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分离技术2006-2007年齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分离技术2006-2007年同晶共沉淀同晶共沉淀生成条件：A、离子化学性质相似B、化学构型相同C、晶体结构相同如：BaSO4和RaSO4BaSO4和RaSO4均属正交晶系；Ba和Ra都是A族，化学性质相似；化学构型都是M：S：O=1：1：41、真正混晶共沉淀、真正混晶共沉淀同晶共沉淀 同二晶沉淀 齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分
3、离技术2006-2007年同二晶共沉淀同二晶：在特定条件（微量组分浓度有上限）下，强制微量物质改变晶体结构，适从与常量组分的晶体结构。同二晶共沉淀生成条件 A、离子化学性质相似B、化学构型相同举例：三斜晶系结晶单斜晶系结晶1、真正混晶共沉淀、真正混晶共沉淀齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分离技术2006-2007年同晶和同二晶共沉淀的比较1、同二晶的微量组分有混合浓度上限，同晶的微量组分则没有混合上限。2、同晶和同二晶的微量组分都没有混合浓度下限。不论微量组分浓度多低，只要常量组分的浓度足以形成结晶，则的浓度足以形成结晶，则两个组分就会形成真正混晶共沉淀。两个组分就会形成真正混晶共沉淀。齐齐哈尔
4、大学化学与化学工程学院分离技术2006-2007年齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分离技术2006-2007年新类型混晶的特点：a、微量组分不是以原子或离子形式存在于晶格，以分子或晶胞形式存在于晶体；b、微量组分浓度要有下限；c、在沉淀洗涤过滤过程中，因各组分分子的溶解度不同，共沉淀组分发生改变。NaNO3 和 CaCO3；BaSO4 和 KMnO4；PbSO4 和 KClO3；NaCl 和 PbS举例:注意：新类型混晶中微量组分以分子或晶格单元(晶胞)进入常量组分晶体。齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分离技术2006-2007年3 3、反常混晶、反常混晶例如：NH4ClMCl3H2O (M=Fe
5、3+,Cr3+)NH4ClMCl2H2O (M=Fe2+,Mn2+,Ca2+,Co2+)MF3MF2H2O (M=Y3+,La3+;M=Ca2+,Ba2+,Ra2+)M(NO3)2次甲基蓝H2O (M=Pb2+,Ba2+)化合物的化学性质和化学构型以及结晶结构都不相似，但也能形成混晶共沉淀。齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分离技术2006-2007年齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分离技术2006-2007年1 1、均匀分配、均匀分配沉淀作用进行得很缓慢，并且连续长时间地搅拌，最终使整个晶体(固相)和溶液(液相)间建立了热力学平衡，则微量组分在晶体中的分布是均匀的。这时微量组分在固相和液相间的分配
6、服从贝斯劳能斯特(BerthelotNernst)定律：微量组分在固相中的浓度微量组分在固相中的浓度 微量组分在液相中的浓度微量组分在液相中的浓度分配系数分配系数二、混晶共沉淀分配定律齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分离技术2006-2007年齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分离技术2006-2007年均相分配定律均相分配定律结晶系数结晶系数齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分离技术2006-2007年对分配定律的讨论D在恒定温度下，一定体系时是一个常数。当D1时，表示微量组分在结晶中得到富集；当D11时时，在某一时刻的晶体薄层，微量组分得到富集，且随着晶在某一时刻的晶体薄层，微量组分得到富集，且随着
7、晶体析出微量组分的含量越来越小。体析出微量组分的含量越来越小。11时时，某时刻，晶体薄层时，微量组分含量低于水中微量组分某时刻，晶体薄层时，微量组分含量低于水中微量组分含量；随着晶体析出，水中微量组分含量逐渐增大，则晶含量；随着晶体析出，水中微量组分含量逐渐增大，则晶体中微量组分自内向外，微量组分含量逐渐增大体中微量组分自内向外，微量组分含量逐渐增大=1=1时时，同均匀分配。，同均匀分配。讨论:齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分离技术2006-2007年3、实际沉淀情况：两种分配共存（1）在共沉淀中，微量组分进入固相中的量取决于：a、分配形式 b、结晶系数 c、转入固相中的常量组分的百分数（2）
8、混晶共沉淀分离特点 a、选择性好；b、易于过滤洗涤；c、载体会引入干扰，需采取一定措施消除载体对微量组分测定干扰。齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分离技术2006-2007年（二）吸附共沉淀产生原因：表面吸附或者包藏离子晶体上的吸附无定型沉淀上的吸附齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分离技术2006-2007年1、离子晶体吸附共沉淀离子晶体表面上的双电层离子晶体表面上的双电层由于晶体表面上构晶离子静电引力不平衡，具有吸引带相反电荷离子能力。齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分离技术2006-2007年齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分离技术2006-2007年一级离子交换吸附特点：1 1、只有与常量晶体同
9、晶或同二晶的微量组分才能被吸附。NS，NL微量组分在晶体表面上和溶液中的原子数；Ns，NL 常量组分在晶体表面上和溶液中的原子数；D结晶系数。2、可将一级交换吸附看成微量组分在常量晶体表面共结晶的现象。故可用均匀分配定律表达：齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分离技术2006-2007年一级离子交换吸附影响因素常量组分在晶体表面上原子数Ns越大，晶体表面积越大,一级交换吸附越强；与常量组分在溶液中的原子数Nl成反比；与结晶系数D值成正比。D取决于常量物质的溶解度与微量组分被吸附在晶体表面上形成的离子化合物的溶解度的对比。后者溶解度愈小于前者溶解度，则微量组分被一级交换吸附的量愈大。齐齐哈尔大学化学
10、与化学工程学院分离技术2006-2007年(2)(2)二级离子交换吸附二级离子交换吸附离子的价态吸附化合物的溶解度带相同电荷的共存离子量定义：双电层的外层离子和溶液中带相同电荷的离子进行交换，而使后者被晶体表面吸附。特点:二级交换吸附的离子不进入晶不进入晶体内部。体内部。影响二级交换吸附主要因素：齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分离技术2006-2007年齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分离技术2006-2007年(1)离子交换吸附2、无定形沉淀上的吸附共沉淀作为分离富集共沉淀的载体，无机共沉淀比离子晶体作为分离富集共沉淀的载体，无机共沉淀比离子晶体沉淀的应用更广泛。沉淀的应用更广泛。此类吸附过程
11、比较此类吸附过程比较复杂复杂，吸附机理的解释不，吸附机理的解释不充分。充分。在无定型沉淀中也掺杂一些晶体性质的沉淀，可用双在无定型沉淀中也掺杂一些晶体性质的沉淀，可用双电层理论加以解释。电层理论加以解释。（2）化学吸附（3）分子吸附齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分离技术2006-2007年在酸性溶液中在酸性溶液中AlAl3+3+AlAl3+3+AlAl3+3+OHOH-OHOH-OHOH-OHOH-OHOH-AlAl3+3+AlAl3+3+ClCl-ClCl-在碱性溶液中在碱性溶液中AlAl3+3+AlAl3+3+AlAl3+3+OHOH-OHOH-OHOH-OHOH-OHOH-AlOAlO3
12、 33-3-AlOAlO3 33-3-NaNa+NaNa+AlOAlO3 33-3-+3H+3H+Al(OH)Al(OH)3 3 AlAl3+3+3OH+3OH由于Al(0H)3随溶液酸度不同，存在两种形式：交换吸附阴离子交换吸附阳离子(1)离子交换吸附AlCl3+NaCl齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分离技术2006-2007年齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分离技术2006-2007年（3）分子吸附例如：AgNO3、Ag2SO4、AgCl等分子，可被吸附在Fe(OH)3、Al(OH)3或SiO2等沉淀的表面上。在强酸介质中，SiO2、MnO2等对某些微量物质(如TiCl4、CsCl等)的吸附
13、，也是以分子形式进行的。微量组分能以分子形式被吸附在无定形沉淀的表面。齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分离技术2006-2007年3、吸附共沉淀的特点（1 1）分离富集效率比较高）分离富集效率比较高（2 2）应用广泛）应用广泛（3 3）选择性差）选择性差（4 4）过滤洗涤困难）过滤洗涤困难（5 5）载体容易引进干扰）载体容易引进干扰优点缺点齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分离技术2006-2007年（三）单质晶格共沉淀常量常量单质晶核单质晶核微量微量单质单质溶剂溶剂还原还原长大长大沉淀沉淀特点：1、选择性好2、多分离贵金属Au、Ag、Pt 等元素，载体Te、Se、As 齐齐哈尔大学化学与化学工程学
14、院分离技术2006-2007年高纯阴极铜中微量硒碲的分离高纯阴极铜中微量硒碲的分离（单体利用）（单体利用）步骤:溶样（约2g）；在4-8mol/L的HCl介质中，用3-7mg的三价As作载体，6-10g次亚磷酸钠作还原剂；1-3微克的Se，Te均能自铜样中分离。As和Se，Te共沉淀析出；后续处理：溶解氧化；定容；用极谱法分别测定Se，TeAs（三价）到As单 质齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分离技术2006-2007年 二、有机共沉淀分离载体：有机化合物。有机共沉淀剂显著优点：可以用强酸和强氧化剂破坏；或用灼烧挥发除去，以消除对被共沉淀的微量组分测定的干扰。多是非极性或极性较小的化合物，共沉
15、淀表面一般没有电场，对共存离子的吸附较小，共沉淀的选择性较高。分子量一般都较大，富集效率高，灵敏度高。齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分离技术2006-2007年有机共沉淀的分类根据作用机理的不同（一）大分子胶体凝聚作用共沉淀（一）大分子胶体凝聚作用共沉淀向微量物质的胶体溶液中加入大分子有机化合物时，生成的有机溶胶微粒会吸附溶液中带相反电荷离子，产生凝聚，同时也吸附微量物质带电荷的胶体颗粒而一起共沉淀下来。易生成胶体的有机大分子：丹宁、辛可宁、动物胶等。齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分离技术2006-2007年例如:微量钨的分离在硝酸介质中，微量钨以钨酸（H2WO4）胶体微粒存在，不易凝聚。当把
16、辛可宁加到钨酸胶体溶液中时，辛可宁所含氨基质子化 生成带正电荷的胶粒，随着辛可宁胶粒被NO3 等阴离子电 荷中和凝聚的同时，辛可宁胶粒也被钨酸微粒的电荷中和而 凝聚，由此钨酸被辛可宁载带一起共沉淀下来。齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分离技术2006-2007年丹宁与有机阳离子的胶体凝聚物共沉淀金属离子的举例丹宁与有机阳离子的胶体凝聚物共沉淀金属离子的举例例，在有酒石酸存在的盐酸介质中，用丹宁水解可使铌、钽、钨与之共沉淀，而与Fe、Mn、Al、Be、Ti、Zr、Th、U、稀土以及碱土金属分离。丹宁丹宁,又称单宁又称单宁,鞣酸鞣酸,单宁酸单宁酸,没食子鞣酸没食子鞣酸.由五倍子酸、间苯二酚、间苯三酚
17、和其它酚由五倍子酸、间苯二酚、间苯三酚和其它酚衍生物组成的复杂混合物，常与糖类共存。衍生物组成的复杂混合物，常与糖类共存。齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分离技术2006-2007年举例：在微酸性溶液中用甲基紫和NH4SCN共沉淀痕量Zn2+使Zn2+与SCN形成络阴离子Zn(SCN)42-再与甲基紫阳离子形成如下结构的缔合物：（二）形成离子络合物共沉淀（二）形成离子络合物共沉淀1、微量元素形成金属络阴离子的共沉淀载体载体共沉淀共沉淀齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分离技术2006-2007年金属络阴离子与有机阳离子缔合物的共沉淀示例金属络阴离子与有机阳离子缔合物的共沉淀示例齐齐哈尔大学化学与化学
18、工程学院分离技术2006-2007年2、微量元素形成金属络阳离子的共沉淀 在溶液中，微量金属离子与配位体生成络阳离子，络阳离子再与无机或有机配体形成缔合物微粒。例如：例如：1 1，10-10-邻二氮菲与邻二氮菲与TlTl形成的络阳离子及其与甲基橙形成的络阳离子及其与甲基橙的缔合物：的缔合物：可用乙二胺与甲基橙的缔合物作载体共沉淀。可用乙二胺与甲基橙的缔合物作载体共沉淀。齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分离技术2006-2007年 对微量金属离子的分离和富集来说，形成络阳离子的共沉淀远不如形成络阴离子的共沉淀直接广泛。配位体：多为含氮的中性络合剂 如：吡啶、1,10-邻二氮菲、2,2-联吡啶等。载
19、体：另外的一些缔合物或沉淀剂齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分离技术2006-2007年3形成金属缔合盐的共沉淀载体是该种缔合剂与另一阳离子(多是铵离子)构成。例如：例如：在中性溶液中，用二苦胺和铵盐共沉淀在中性溶液中，用二苦胺和铵盐共沉淀0.2g0.2gmLmL的的K K+、RbRb+或或CsCs+，载体缔合盐和被共沉淀离子的缔合盐分别为：，载体缔合盐和被共沉淀离子的缔合盐分别为：微量金属离子与有机缔合剂生成不带电荷的缔合盐；载体载体齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分离技术2006-2007年（三）利用惰性共沉淀剂的共沉淀微量待分离的离子与有机试剂反应，生成的微量产物。微量待分离的离子与有机试剂
20、反应，生成的微量产物。载体：惰性有机试剂特点：1、惰性共沉淀与萃取过程极相似，故称为固相萃取共沉淀；2、共沉淀效率高，具有较高灵敏度；3、较好的选择性。齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分离技术2006-2007年用惰性共沉淀剂的共沉淀示例用惰性共沉淀剂的共沉淀示例齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分离技术2006-2007年1、如何估算氢氧化物沉淀的开始和沉淀结束的沉、如何估算氢氧化物沉淀的开始和沉淀结束的沉淀时淀时pH范围范围？2、进行氢氧化物沉淀时常用于控制、进行氢氧化物沉淀时常用于控制pH值的试剂值的试剂有哪些？有哪些？3、采用硫化氢系统进行硫化物沉淀时采用硫化氢系统进行硫化物沉淀时：Fe2+
21、、Fe3+、NH4+能否在分离后进行鉴定？能否在分离后进行鉴定？在分离过程中在分离过程中H2O2作用？作用？4、有机沉淀剂分离法的特点及沉淀类型？、有机沉淀剂分离法的特点及沉淀类型？5、均相沉淀分离法的基本原理、均相沉淀分离法的基本原理？6、获得均相沉淀的方法、获得均相沉淀的方法 有哪些？有哪些？复习题复习题齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分离技术2006-2007年7 7、分离方法在定量分析中有什么重要性？分离时对常、分离方法在定量分析中有什么重要性？分离时对常量和微量组分的回收率要求如何？量和微量组分的回收率要求如何？8 8、采用无机沉淀剂，怎样从铜合金的试液中分离出微采用无机沉淀剂，怎样从
22、铜合金的试液中分离出微量量FeFe3+3+？参考答案：参考答案：采用采用NHNH4 4Cl-NHCl-NH3 3缓冲液，缓冲液，pH8-9pH8-9，采用，采用AlAl（OHOH）3 3共沉淀剂可以从铜合金试液中氢氧化物共沉淀剂可以从铜合金试液中氢氧化物共沉淀法分离出微量共沉淀法分离出微量FeFe3+3+。齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分离技术2006-2007年9、一般氢氧化物沉淀为胶体沉淀，共沉淀比较严重，、一般氢氧化物沉淀为胶体沉淀，共沉淀比较严重，分离效果不理想，应采取那些的措施提高分离效果。分离效果不理想，应采取那些的措施提高分离效果。参考答案：n用有机碱控制溶液用有机碱控制溶液pH
23、值比用氨水加氯化铵分离效果好。因所值比用氨水加氯化铵分离效果好。因所得氢氧化物沉淀颗粒大，表面吸附作用小，易滤洗净。实验得氢氧化物沉淀颗粒大，表面吸附作用小，易滤洗净。实验证明，加入过量的证明，加入过量的NH4Cl可得到更好的分离效果；可得到更好的分离效果；n利用均相沉淀法或在较热、浓溶液中沉淀并且用热溶液洗涤利用均相沉淀法或在较热、浓溶液中沉淀并且用热溶液洗涤消除共沉淀；消除共沉淀；n利用小体积沉淀法减少或消除共沉淀；利用小体积沉淀法减少或消除共沉淀；n利用掩蔽法提高分离选择性；利用掩蔽法提高分离选择性；n利用氧化还原反应改变离子价态。利用氧化还原反应改变离子价态。齐齐哈尔大学化学与化学工程
24、学院分离技术2006-2007年10.共沉淀富集痕量组分，对共沉淀剂有什么要求？有机共共沉淀富集痕量组分，对共沉淀剂有什么要求？有机共沉淀剂较无机共沉淀剂有何优点？沉淀剂较无机共沉淀剂有何优点？参考答案：参考答案：对共沉淀剂的要求主要有：（1）对富集的痕量组分的回收率要高（即富集效率大）；（2）是不干扰富集组分的测定或者干扰容易消除（即不影响后续测定）有机共沉淀剂较无机共沉淀剂的主要优点：（1）选择性高；（2）有机共沉淀剂易除去（如灼烧）；（3）是富集效果较好。齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分离技术2006-2007年11、0.020 molL-1Fe2+溶液，加溶液，加NaOH进行沉淀时，要
25、使其进行沉淀时，要使其沉淀达沉淀达99.99%以上。试问溶液中的以上。试问溶液中的pH至少应为多少？若考至少应为多少？若考虑溶液中除剩余虑溶液中除剩余Fe2+外，尚有少量外，尚有少量FeOH+(=110 4)，溶液的溶液的pH又至少应该为多少？已知又至少应该为多少？已知Ksp=810-16。答：沉淀完全时Fe2+=0.0200.01%=210-6 molL-1pH=9.30齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分离技术2006-2007年若考虑到Fe(OH)+存在，则Fe(II)=210-6molL-1Fe(II)OH-2=Ksp(1+OH-)210-6OH-2=810-16(1+1104OH-)OH
26、-=2.2110-5molL-1pH=9.34齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分离技术2006-2007年多孔物质的演变与发展多孔物质的演变与发展齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分离技术2006-2007年微孔材料微孔材料(孔径孔径50nm)沸石沸石(如：如：ZSM-5ZSM-5、TS-1TS-1等等)硅胶、硅胶、MCM-41MCM-41、SBA-15SBA-15等等珊瑚、蜂窝状独石等珊瑚、蜂窝状独石等研究背景研究背景在大分子或离子的分离、在大分子或离子的分离、传感器、生物医学、化工催化、传感器、生物医学、化工催化、材料合成等领域具有无可比拟的优势和应用前景材料合成等领域具有无可比拟的优势和应用前
27、景多孔材料多孔材料齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分离技术2006-2007年天然沸石天然沸石n1765年发现；年发现；n天然微孔硅铝酸盐。天然微孔硅铝酸盐。n在实践中发现沸石的特点：在实践中发现沸石的特点：1、可逆的脱水性；、可逆的脱水性；2、阳离子交换作用。、阳离子交换作用。吸附剂、干燥剂吸附剂、干燥剂齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分离技术2006-2007年3、进一步开发对沸石的利用、进一步开发对沸石的利用1）气体和液体的干燥分离；）气体和液体的干燥分离；2）硬水的软化；）硬水的软化；3）污水的处理；）污水的处理；4）土壤的改良；）土壤的改良；5）催化剂和催化剂的载体。）催化剂和催化剂的载
28、体。齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分离技术2006-2007年合成沸石代替天然沸石已成为生产实践中的合成沸石代替天然沸石已成为生产实践中的迫切要求迫切要求n20世纪世纪40年代末，展开了大规模的合成工作年代末，展开了大规模的合成工作n合成方法：合成方法：1、高温水热合成技术（高温、高压）、高温水热合成技术（高温、高压）最初发现的沸石存在于地下深部的火山岩孔洞中。最初发现的沸石存在于地下深部的火山岩孔洞中。2、低温水热合成技术、低温水热合成技术最近在沉积岩中也发现了沸石。最近在沉积岩中也发现了沸石。齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分离技术2006-2007年沸石的种类得到了丰富和发展沸石的种类得到
29、了丰富和发展n低硅沸石低硅沸石高硅沸石；高硅沸石；n沸石分子筛沸石分子筛磷酸铝分子筛磷酸铝分子筛微孔磷酸盐；微孔磷酸盐；n微孔微孔大孔大孔齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分离技术2006-2007年多孔材料多孔材料微孔材料微孔材料(孔径孔径2nm50nm50nm)介孔材料介孔材料较大的比表面积和孔容较大的比表面积和孔容均一且在纳米尺度上可调的孔径均一且在纳米尺度上可调的孔径从一维到三维有序孔道结构从一维到三维有序孔道结构可控的形貌可控的形貌表面可官能化以及无生理毒性等表面可官能化以及无生理毒性等在大分子或离子的分离、在大分子或离子的分离、传感器、生物医学、化工催传感器、生物医学、化工催化、材料合
30、成等领域具有无可比拟的优势和应用前景化、材料合成等领域具有无可比拟的优势和应用前景介孔分子筛简介介孔分子筛简介齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分离技术2006-2007年1992年，年，Mobil公司，公司，首次使用烷基季铵盐型阳离子表面活首次使用烷基季铵盐型阳离子表面活性剂为模板剂在碱性条件下合成了具有单一孔径的介孔硅酸性剂为模板剂在碱性条件下合成了具有单一孔径的介孔硅酸盐材料统称为盐材料统称为M41S。在。在Nature和和Science上发表重要的文章。上发表重要的文章。1971年，有专利报道。制备荧光灯管的涂料荧光粉中低密年，有专利报道。制备荧光灯管的涂料荧光粉中低密度二氧化硅。度二氧化
31、硅。1990年，日本科学家（黑田一幸小组）也已经合成出来，年，日本科学家（黑田一幸小组）也已经合成出来，但没有引起人们广泛的注意但没有引起人们广泛的注意。介孔分子筛的出现，在分子筛与多孔物质发展史上的一次飞跃。介孔分子筛的出现，在分子筛与多孔物质发展史上的一次飞跃。MCM-41，MCM-48，MCM-50系列材料系列材料液液晶晶模模板板机机理理介孔分子筛简介介孔分子筛简介齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分离技术2006-2007年齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分离技术2006-2007年 1995年，年，Stucky 等人提出等人提出协同作用机理，完善了介孔材协同作用机理，完善了介孔材料组装理论
32、，为介孔材料的合料组装理论，为介孔材料的合成提供了理论指导。成提供了理论指导。同年，同年，PinnavaiaPinnavaia小组以小组以非离子型表面活性剂长链伯胺非离子型表面活性剂长链伯胺CnH2n+1NH2（n=8-18）为模板）为模板正硅酸乙酯作硅源，在室温、正硅酸乙酯作硅源，在室温、中性条件下，制备了短程有序中性条件下，制备了短程有序的的HMS分子筛。分子筛。HMS分子筛的出现，结束分子筛的出现，结束了介孔材料只能在酸、碱性条了介孔材料只能在酸、碱性条件下合成的历史。件下合成的历史。协同作用机理协同作用机理介孔分子筛简介介孔分子筛简介齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分离技术2006-20
33、07年 1998年美国加州大学的年美国加州大学的Stucky等人使用非离子型表面活性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剂合成了一种新型的硅基介孔分子筛SBA-系列，其中尤以系列，其中尤以SBA-15最为引人注目。最为引人注目。三嵌段共聚物三嵌段共聚物 pH 2SBA-15六方相六方相孔径：孔径：2-30nm孔壁：孔壁：3.1-6.4nm具有二次孔结构具有二次孔结构水热稳定性更高水热稳定性更高EO20PO70EO20 2000,Ryoo首次利用首次利用MCM-48作为模板剂合成介孔碳材料作为模板剂合成介孔碳材料CMK-1,随后又利用随后又利用SBA-1合成合成CMK-2、S
34、BA-15合成合成CMK-3，CMK-5等有序碳介孔材料。等有序碳介孔材料。介孔分子筛简介介孔分子筛简介齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分离技术2006-2007年有序介孔材料有序介孔材料MCM-41MCM-48SBA-16手性介孔材料手性介孔材料 纤维状纤维状 棒状棒状 薄膜薄膜 球形球形 多面体多面体1.结构结构2.形貌形貌3.组成组成 纯硅材料纯硅材料 有机有机-无机杂化材料无机杂化材料 非硅材料非硅材料齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分离技术2006-2007年大孔球形大孔球形SBA-15用于生物大分子色谱分离用于生物大分子色谱分离Zhao.D.Y.Chem.Commun.，2002，75
35、2介孔材料应用介孔材料应用C18-SBA-15齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分离技术2006-2007年Zhao,D.Y.Angew.Chem.Int.Ed.，2003,42,31463-D 结构孔道有利于传质结构孔道有利于传质,并且窗口越大传质效果越好并且窗口越大传质效果越好.用于生物大分子的固载以及生物催化。用于生物大分子的固载以及生物催化。大孔口笼状材料大孔口笼状材料FDU-12应用于生物催化应用于生物催化介孔材料应用介孔材料应用齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分离技术2006-2007年Corma,A.J.Cata.,2004,223,106113有机有机-无机杂化材料用于催化反应无机杂
36、化材料用于催化反应介孔材料应用介孔材料应用齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分离技术2006-2007年孔内分子组装孔内分子组装孔道内合成介孔碳材料孔道内合成介孔碳材料CMK-1NaOH/HF碳源如蔗糖、碳源如蔗糖、糠醇等糠醇等H2SO4SBA-15、MCM-48等等碳源碳源/SBA-15C/SBA-15CMK-3、CMK-1介孔碳材料有着广阔的应用。作为吸附剂、催化剂载体、以及介孔碳材料有着广阔的应用。作为吸附剂、催化剂载体、以及传感器、储氢材料等。传感器、储氢材料等。反过来还可以以介孔碳材料为模板反过来还可以以介孔碳材料为模板合成合成SBA-15等介孔材料等介孔材料.齐齐哈尔大学化学与化学工程
37、学院分离技术2006-2007年Chao,K.J.Chem.Mater.,2003,15,275-280Lennox,R.B.Chem.Mater.,2005,17,2481介孔材料孔内合成高分散过渡金属纳米粒子介孔材料孔内合成高分散过渡金属纳米粒子孔内分子组装孔内分子组装表面修饰表面修饰离子交换离子交换还原还原齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分离技术2006-2007年介孔材料合成液介孔材料合成液（手性模板剂（手性模板剂）Co2+或或Pt2+高温下氧气活化再H2还原手性孔道合成手性结构手性孔道合成手性结构Co、Pt纳米线纳米线Che,S.A.Nature.,2004,429,281-284孔内
38、分子组装孔内分子组装齐齐哈尔大学化学与化学工程学院分离技术2006-2007年展展 望望探索新型结构和性能的模板剂，合成新型介孔材料，满足探索新型结构和性能的模板剂，合成新型介孔材料，满足 不同的应用需要。不同的应用需要。从硅铝体系转向非硅体系，如过渡金属氧化物、硫化物、从硅铝体系转向非硅体系，如过渡金属氧化物、硫化物、磷化物、有机磷化物、有机-无机杂化材料等介孔材料的合成。无机杂化材料等介孔材料的合成。结合理论计算、仪器表征等先进手段，更加清楚的解释大分子结合理论计算、仪器表征等先进手段，更加清楚的解释大分子 自组装形成有序介孔材料的组装机理，从而为合成提供更有力自组装形成有序介孔材料的组装机理，从而为合成提供更有力 的实验依据和指导。的实验依据和指导。加强有序介孔材料在催化、分离、纳米反应器、生物传感器、加强有序介孔材料在催化、分离、纳米反应器、生物传感器、电子和光学器件等方面的应用。电子和光学器件等方面的应用。