质子型离子液体中磷酸铝骨架材料的合成及结构表征

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磷酸铝多孔材料作为分子筛的一大类,在催化、吸附及分离等方面具有潜在的应用价值,设计和合成具有新型结构的磷酸铝材料具有重要的意义。目前,大部分磷酸铝材料都是在有机胺存在的条件下,通过水热或溶剂热途径合成的,溶剂和有机胺模板剂是影响磷酸铝骨架结构的重要因素。离子热合成法,利用离子液体作为溶剂和模板剂,在新型无机多孔材料的合成方面显示出独特的优势。质子型离子液体作为离子液体的一个分支,它是通过Br nsted酸和Br nsted碱之间质子化转移反应形成的,和传统的离子液体相比,具有价格便宜、易于提纯等优势。论文采用乙酸对有机胺进行质子化,得到五种质子型离子液体,并用五种质子型离子液体作为溶剂和模板剂,研究了新型磷酸铝材料的合成特点和规律。通过改变合成条件合成出十种磷酸铝材料,利用XRD、NMR、TG-DSC、SEM、CHN元素分析等方法对样品的结构及物化性质进行了表征,主要研究内容和结论如下:1、在质子型的3-二甲胺基丙胺离子液体中得到两种磷酸铝材料AlPO-PIL1和AlPO-PIL2,HF对相的选择性起到重要的作用。无HF时,得到的AlPO-PIL1具有一维链状四元环结构;加入HF后得到AlPO-PIL2二维层状结构,AlPO-PIL2的模板剂N,N’-二甲基-1,3-丙二胺是在晶化的过程中,质子化的3-二甲胺基丙胺发生分子内原位甲基转移得到。2、在离子热合成中,以质子型的离子液体3-二乙胺基丙胺乙酸盐作为溶剂和模板剂,得到两种新型结构的磷酸铝材料,AlPO-PIL3和AlPO-PIL4。单晶结构解析发现:在晶化过程中,质子化的3-二乙胺基丙胺会发生乙基化转移生成N,N’-二乙基-1,3-丙二胺,进而得到以N,N’-二乙基-1,3-丙二胺为模板剂的二维层状结构的AlPO-PIL3。3、在质子型的3-二丁胺基丙胺中得到的两种具有新型结构的AlPO-PIL5和AlPO-PIL6。CHN元素分析和TG-DSC分析表明:3-二丁氨基丙胺阳离子在晶化的过程中没有发生热分解,最终进入到磷酸铝骨架中起到平衡骨架电荷的作用。4、在质子型的N,N-四甲基乙二胺和N,N-双(3-氨丙基)甲胺体系中共合成了四种磷酸铝材料:AlPO-PIL7、AlPO-PIL8、AlPO-PIL9和AlPO-PIL10。通过单晶结构解析得到了两种材料的结构,AlPO-PIL7为二维层状结构,四甲基乙二胺阳离子位于层间平衡骨架电荷。AlPO-PIL9是由四元环连接而成的一维链状结构。
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