多孔材料複習題

2021-09-12 22:34:04 字數 3942 閱讀 5723

1. iupac定義孔的分類。

答案:根據iupac的定義,孔徑小於2nm的材料為微孔材料;孔徑2-50nm的材料為介孔材料;孔徑大於50nm的材料為大孔材料。

2. 多孔金屬的製備方法有幾種?

答:1、固態金屬燒結法:金屬粉末、金屬纖維燒結法、氣體捕捉法、佔位填料法、氧化物還原燒結法等;2、液態金屬凝固法:

熔體發泡法、氣體注入法、固—氣共晶凝固法、粉體溶化發泡法等;3、金屬沉積法:濺射夾氣沉積法、氣相沉積法、電沉積法等;4、其他方法:腐蝕造孔法等。

3. 多孔材料的特點

答:具有規則而均勻的孔道結構,其中包括孔道與視窗的大小尺寸和形狀;孔道的微數、孔道的走向、孔壁的組成和性質。

4. 多孔金屬材料的突出特點。

答:特殊的物理表觀性:表觀密度小,比表面積大,材料細微結構可設計性和可優化性。

優異的力學效能:比強度、比剛度大且潛力巨大;不同材質、不同形態、不同狀態下的多孔金屬材料在緩衝、抗疲勞、抗蠕變、抗斷裂等方面變化範圍巨大。優異的吸納效能:

優異的非線性機械能吸納特性;優異的聲能吸納特性;優異的熱能吸納特性;優異的電磁波遮蔽特性;優異的微細物質吸納和過濾特性。優異的交換效能:優異的物質交換效能;優異的物質滲透效能;優異的能量交換效能。

極大的復合效能:多孔的特點可以使得多孔金屬材料與眾多種類的材料均勻復合、交融在一起從而表面出新的特性,其開發前景無可估量。

5. 根據成孔方法和孔隙結構,多孔陶瓷可分為哪三類?及其氣孔率特點

答:①粒狀陶瓷; ②泡沫陶瓷;③蜂窩陶瓷。陶瓷的氣孔率列於下表。

6. 多孔陶瓷材料的特性。

答:①化學穩定性好;②具有良好的機械強度和剛度;③耐熱性好;④具有高度開口、內連的氣孔;⑤幾何表面積與體積比高;⑥孔道分布較均勻,氣孔尺寸可控,在孔徑為0.05 ~ 600 um範圍內,可以製出所選定孔道尺寸的多孔陶瓷製品。

7. 簡述多孔陶瓷的應用,並舉例1-2個說明。

答:1.在金屬熔體過濾淨化技術中的應用;2.

精過濾技術在其他領域的應用;3.作催化劑載體;4.作敏感元件;5.

作為隔膜材料;6.降低雜訊;7.用於布氣。

舉例:因為泡沫陶瓷和蜂窩陶瓷等多孔陶瓷材料具有過濾面積大、過濾效率高的特點,因此,在金屬熔體過濾淨化技術中,泡沫陶瓷作為一種新型高效過濾器;用泡沫陶瓷或蜂窩陶瓷有效地捕獲柴油機尾氣中小於lum的炭粒;精密氣動裝置或液壓裝置中利用孔徑約為20um的陶瓷過濾器,可去除對裝置有害的微粒,等。

8. 泡沫塑料的定義。

答:泡沫塑料是整體內含有無數微孔的塑料,它是以塑料構成連續相並以氣體作為分散相的兩相體系。

9. 泡沫塑料的優點。

答:泡沫塑料由於氣相的存在,因而具有密度低、隔熱保溫、吸音、防震等優點。

10. 簡述泡沫塑料的發泡方法。

答:1.物理發泡,利用物理原理發泡的。2.化學發泡,利用化學發泡劑加熱後分解放出的氣體而發泡或用原料組分間相互反應放出的氣體而發泡。

3.機械發泡,是利用機械的攪拌作用,混入空氣而發泡等。

11. 舉出常見的幾種多孔材料。

答案:沸石、介孔氧化矽、大孔陶瓷等。

12. 沸石的定義是什麼?

答:沸石是第一族和第三族元素的水合晶體矽鋁酸鹽,其骨架包括被陽離子及水分子所佔據的孔道和孔穴。

13. 簡述沸石不同於其它無機氧化物的原因。

答:因為沸石具有以下特殊性質:(1)骨架組成的可調製性;(2)非常高的表面積和吸附容量;(3)吸附性質能被控制,可從親水性到疏水性;(4)酸性或其它活性中心的強度和濃度能被調整;(5)孔道規則且孔徑大小正好在多數分子的尺寸(5~12)範圍之內;(6)孔腔內可以有較強的電場存在;(7)複雜的孔道結構允許沸石和分子篩對產物、反應物或中間物有形狀選擇性,避免副反應;(8)陽離於的可交換性;(9)分子篩性質,沸石分離混合物可以基於它們的分子大小、形狀、極性、不飽和度等;(10)良好的熱穩定性和水熱穩定性,多數沸石的熱穩定性可超過500℃;(11)較好的化學穩定性,富鋁沸石在鹼性環境中有較高的穩定性,而富矽沸石在酸性介質中有較高的穩定性;(12)沸石很容易再生,如加熱或減壓除去吸附的分子,離子交換除去陽離子。

14. 什麼是沸石的矽鋁比?

答:分子篩骨架的矽原子與鋁原於的摩爾比例常常被簡稱為矽鋁比(si/al,有時也用sio2/al2o3表示)

15. 沸石表示式的通式。

答:沸石的晶胞結構通常表示為:mx/n[alo2) x(sio2)y]wh2o,其中n是陽離子的價態,w是晶胞裡水分子的數目。

16. 引入金屬離子方法通常有哪幾種?

答案:離子交換的方法、通過原位合成或者後處理進行表面改性、骨架改性等等。

17. 請舉出常見的幾種介孔材料。

答案:例如mcm-41、mcm-48、sba-15、hms等。

18. 介孔分子篩和沸石分子篩的區別。

答案:(1)沸石的孔徑一般小於2nm,介孔分子篩的孔徑一般2-50nm;(2)沸石是矽鋁酸鹽的晶體骨架結構,介孔材料的骨架大多數是無定型。

19. 吸附等溫線有什麼顯示意義?

答1.判斷吸附現象的本質,如屬於分配(線性),還是吸附(非線性)

2.尋找吸附劑對特定吸附質的吸附容量

3.用於計算吸附劑的孔徑、比表面等重要物理引數

20. 物理吸附和化學吸附的根本區別是什麼?

答:物理吸附是被吸附的流體分子與固體表面分子間的作用力為分子間吸引力,即所謂的范德華力(vanderwaals)。因此,物理吸附又稱范德華吸附,它是一種可逆過程。

當固體表面分子與氣體或液體分子間的引力大於氣體或液體內部分子間的引力時,氣體或液體的分子就被吸附在固體表面上。

化學吸附是固體表面與被吸附物間的化學鍵力起作用的結果。這型別的吸附需要一定的活化能,故又稱「活化吸附」。這種化學鍵親和力的大小可以差別很大,但它大大超過物理吸附的范德華力。

化學吸附放出的吸附熱比物理吸附所放出的吸附熱要大得多,達到化學反應熱這樣的數量級。而物理吸附放出的吸附熱通常與氣體的液化熱相近。化學吸附往往是不可逆的。

21. 金屬纖維燒結法製備的泡沫金屬優、缺點。

答:優點:纖維燒結法製備的多孔金屬的滲透性比粉末法制取的高幾十倍,被稱為「 第二代多孔金屬過濾材料」 ,孔隙率高(95%),比表面積大。缺點:力學效能不高。

22. 有序介孔材料的優點

答:(1)具有高度有序的孔道結構,基於微觀尺度上的高度孔道有序性;

(2)孔徑呈單一分布,且孔徑尺寸可以在很寬的範圍內(1.3-30 nm)調控,孔洞可以具有不同的形狀;

(3)具有高的比表面和高的孔隙率;

(4)具有較高的熱穩定性和水熱穩定性;

(5)應用前景廣泛,可用於大分子催化、選擇性吸附分離及新型功能材料的製備等方面。

23. 試舉例說明沸石在生活和工業生產中的應用。

答案:日常生活中無磷洗衣粉中使用4a沸石作為新增劑;石油精煉企業上採用zsm-5沸石作為石油裂化或者甲醇制烯烴的催化劑;作為菸草新增劑用於香菸中有毒物質如亞硝胺、多環芳烴的去除;通過離子交換去除水中重金屬離子等等。

24. 請舉出幾個多孔材料最基本的參量。

答:多孔材料最基本的參量是直接表徵其孔隙性狀的指標,如孔率 、孔徑、比表面積等。另外多孔材料的效能也在很大程度上依賴於孔隙形貌、孔隙尺寸及其分布。

25、介孔材料的合成機理主要有哪幾種?詳細闡述其中一種你熟悉的機理;試舉例說明一種介孔材料的合成過程。

答案:介孔材料的合成機理有:液晶模板機理、協同自組裝機理、電荷匹配機理、奈米鑄造等。

以液晶模板機理為例:作為模板劑的表面活性劑在水溶液中聚成膠束小球,膠束小球溶合成棒狀膠束,棒狀膠束堆積成具有介孔結構的結構,溶液中無機前驅體物質通過水解縮合等過程沉積在膠束結構上,形成無機物—膠束共組裝的介孔結構。水熱使得無機物種的介孔結構穩定後去除有機模板,獲得具有介孔結構的無機材料。

舉例說明sba-15介孔材料的合成:將有機模板劑(p123)溶於鹽酸的水溶液當中,控制反應溫度(35-45攝氏度),在體系中加入矽前驅體(正矽酸乙酯),經過水熱陳化、過濾、洗滌、乾燥、焙燒獲得介孔sba-15。

26. 簡述分子篩的定義,並舉例。

答:分子篩是具有分子數量級大小規整孔道的材料,孔徑0.3-2.0nm,具有選擇性吸附的效能。廣義分子篩還包括碳分子篩、微孔玻璃、有機高聚物、層柱土等非晶體材料。

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