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研究生： 許桂綸
Gwei-Luen Hsu
論文名稱： 含過渡金屬之鋁磷分子篩之合成、特性分析及催化性質的探討
Preparation , characterization , and catalytic properties of MeAPO-5 ﹙Me：V, Fe, Ni , Cu﹚
指導教授： 簡淑華
Shu-Hua Chien
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 理學院 - 化學學系
Department of Chemistry
畢業學年度： 90
語文別： 中文
論文頁數： 86
中文關鍵詞： 電子自旋共振光譜 、鋁磷分子篩
外文關鍵詞： TPR, BET, AlPO4-5, EPR
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    • 摘 要
    以水熱合成法合成含不同過渡金屬之鋁磷分子篩﹙V、Cu、Ni及Fe﹚，以粉末X-ray繞射圖譜確定其分子篩結構，均為正確的結果。27Al及31P MAS-NMR結果顯示所合成的鋁磷分子篩，其Al及P均是以四面體的形式存在於骨架中，誘導偶電漿質譜儀﹙ICP-MS﹚測試結果顯示出，膠體中的金屬離子無法完全嵌入鋁磷分子篩的結構中，其難易程度為V最難，Cu次之，然後是Ni，Fe最容易。電子顯微鏡技術測知其晶體結構為柱狀，且集結成一團團的圓橢球狀，由紫外光-可見光﹙UV-Vis﹚光譜及電子順磁共振光譜，可判斷出過渡金屬在鋁磷分子篩中的價數：VAPO-5﹙V4+、V5+﹚、CuAPO-5﹙Cu2+﹚、NiAPO-5﹙Ni2+﹚、FeAPO-5﹙Fe3+﹚。其BET表面積約在250~350之間，大小順序為NiAPO-5﹥FeAPO-5﹥AlPO4-5﹥VAPO-5﹥CuAPO-5。由程溫還原測試各鋁磷分子篩的還原性，發現CuAPO-5具有三階段還原，分別在150℃~250℃、250℃~300℃及300℃~400℃， VAPO-5在400℃~500℃有還原峰產生，FeAPO-5及NiAPO-5均是在高溫下才有還原峰產生。最後以含浸銅觸媒進行NO/CO反應性測試，顯士出此觸媒有不錯的催化活性且可看出過渡金屬在此反應中扮演重要的角色。


    synthesis, characterized by several physicochemical techniques﹙i.e.,
    XRD、Solid State MAS NMR、UV-Vis、EPR、TPR、BET、ICP-MAS and
    SEM﹚and
    tested for the NO/CO reactions. The influence of the different synthesis
    parameters, particulary the content and the pH of the gel and the
    presence of complexing agents, has been studied. The metal atoms are
    incorporated as isolated metal ions in square pyramidal or distorted
    octahedal environments. After calcinations in air, most of the V4+ ions
    are oxidized to V5+ in square pyramidal or octahedral symmetry, which
    envolve toward tetrahedral coordination upon dehydration. The MeAPO-5
    supported copper catalysts are active and selective for the NO/CO
    reactions. Their catalytic properties are better than the MeAPO.

    目 錄 第一章 緒論………………………………………………………….1 第二章、實驗………………………………………………………..10 一、分子篩的合成與觸媒的製備………………………………10 1.化學藥品…………………………………………………10 2.含不同過渡金屬之鋁磷分子篩的合成…………………10 3.以含金屬之鋁磷分子篩為擔體之銅觸媒的製備………12 二、分子篩之特性分析…………………………………………13 1. 粉末X-ray繞射………………………………………...13 2. 擴散反射紫外-可見光光譜測試……………………….13 3. 電子順磁共振光譜測試………………………………..14 4. 魔角自旋-核磁共振光譜測試………………………….14 5. 表面積與孔洞分佈大小的測試定……………………...15 6. 掃描式電子顯微鏡……………………………………...16 7. 穿透式電子顯微鏡………………………………………16 8. 誘導偶電漿質譜儀………………………………………16 9. 程溫還原…………………………………………………18 三、一氧化氮與一氧化碳反應…………………………………..18 第三章、結果與討論…………………………………………………23 一、 鋁磷分子篩之合成…………………………………………23 二、 鋁磷分子篩之特性分析……………………………………25 1. 粉末X-ray繞射光譜圖…………………………………25 2. 魔角自旋-核磁共振﹙MAS-NMR﹚光譜………………29 3. 電子順磁共振光譜………………………………………29 4. 擴散反射式紫外-可見光光譜…………………………...41 5. 程溫還原………………………………………………….45 6. BET表面積與BJH孔徑分布……………………………51 7. 鋁磷分子篩之SEM影像…………………………………51 8. 誘導偶電漿質譜儀………………………………………..57 三、 一氧化氮與一氧化碳之催化性質…………………………..66 1.一氧化氮及一氧化碳的來源……………………………….66 2.NO/CO反應的測試…………………………………………67 3.結果與討論………………………………………………….68 第四章、結論……………………………………………………………72 參考文獻………………………………………………………………..74 圖 目 圖1-1、分子篩之分類………………………………………………….2 圖1-2、為金屬取代磷或鋁位置的示意圖…………………………….4 圖1-3、為AlPO4-5的骨架結構圖……………………………………..6 圖1-4、為AlPO4-5的整體結構圖……………………………………..7 圖1-5、 為鋁四面體和磷四面體以氧連結的示意圖…………………8 圖2-1、合成鋁磷分子篩的高壓容器﹙autoclave﹚…………………..11 圖2-2、融解鋁磷分子篩所使用的高壓容器…………………………17 圖 2-3、程溫還原裝置系統……………………………………………19 圖2-4、一氧化氮/一氧化碳之流式微反應系統………………………21 圖3-1、合成AlPO4-5時，改變水熱的溫度所得到的XRD圖譜…..26 圖3-2、改變不同合成比例，所得到的VAPO-5的XRD圖譜………27 圖3-3、含過渡金屬之鋁磷分子篩的XRD圖譜……………………..28 圖3-4 、為AlPO4-5之27Al MAS-NMR光譜圖………………………30 圖3-5 、為AlPO4-5之31P MAS-NMR光譜圖……………………….31 圖3-6 、為VAPO-5之27Al MAS-NMR之光譜圖……………………32 圖3-7 、為VAPO-5之31P MAS-NMR光譜圖………………………33 圖3-8 、為CuAPO-5之27Al MAS-NMR光譜圖…………………….34 圖3-9 、為 CuAPO-5之 31P MAS-NMR光譜圖……………………35 圖3-10 、為FeAPO-5之27Al MAS-NMR光譜圖…………………36 圖3-11 、為FeAPO-5之31P MAS-NMR光譜圖…………………..37 圖3-12 、為NiAPO-5之27Al MAS-NMR光譜圖………………….38 圖3-13、為NiAPO-5之31P MAS-NMR光譜圖…………………….39 圖3-14、為VAPO-5的EPR光譜圖………………………………….42 圖3-15、為CuAPO-5的EPR光譜圖…………………………………43 圖3-16、為FeAPO-5的光譜圖……………………………………….44 圖3-17、AlPO4-5之紫外-可見光光譜………………………………..46 圖3-18、VAPO-5之紫外-可見光光譜……………………………….47 圖3-19、CuAPO-5之紫外-可見光光譜………………………………48 圖3-20、FeAPO-5之紫外-可見光光譜圖…………………………….49 圖3-21、NiAPO-5之紫外-可見光光譜圖……………………………50 圖3-22、AlPO4-5之程溫還原圖……………………………………..52 圖3-23、CuAPO-5之程溫還原圖…………………………………….53 圖3-24、FeAPO-5之程溫還原圖…………………………………….54 圖3-25、NiAPO-5之程溫還原圖…………………………………….55 圖3-26、VAPO-5之程溫還原圖……………………………………..56 圖3-27、AlPO4-5的孔徑分布圖………………………………………58 圖3-28、VAPO-5之孔徑分布圖………………………………………59 圖3-29、NiAPO-5之孔徑分布圖……………………………….……59 圖3-30、CuAPO-5 之孔徑分布圖……………………………………60 圖3-31、FeAPO-5之孔徑分布圖…………………………………….60 圖3-32、為AlPO4-5之掃描式電子顯微鏡的影像…………………...62 圖3-33、為VAPO-5的掃描式電子顯微鏡影像………………………63 圖3-34、為不同比例的VAPO-5之掃描式電子顯微鏡影像…………64 圖3-35、各鋁磷分子篩之NO轉化率對溫度所作的圖………………70 圖3-36、各鋁磷分子篩之CO轉化率對溫度所作的圖………………71 表 目 表 2-1 一氧化氮/一氧化碳反應，氣相層析樣品之滯流時間與其 定量的校正因子………………………………………………...22 表3-1、各鋁磷分子篩之表面積及孔洞直徑………………………….61 表3-2、NO/CO反應測試結果…………………………………………69

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