纳米限域下正二十一烷和正二十三烷相行为研究

摘要

纳米限域下尺寸效应，界面作用以及孔道形貌对正烷烃的热力学性质及结构变化有显著影响。孔内正烷烃的相变温度，过冷度和相变焓随尺寸变化规律以及变化原因是本实验的主要内容。在纳米限域下正烷烃结构的变化也是实验的一部分。本实验使用的多孔材料有一系列孔径的 CPGs、SBA-15和SG，KIT-6，C-SBA-15，MCM-41，模型物质是正二十一烷和正二十三烷。以差示扫描量热仪（DSC）为基本手段，研究正烷烃的相转变温度、过冷度及相变焓随孔径、孔道构型、孔壁组成的变化规律。结合 XRD 分析，推断出正烷烃结构变化以及晶相的转化。本实验的主要目的是提高纳米限域对具有代表性的正烷烃性质的认识。本实验的主要工作如下： （1）利用熔融法将正烷烃（n-C21H44或n-C23H48）按90%的填充率填充到多孔材料中，然后放置在温度高于正烷烃熔点的鼓风干燥箱内，使其熔化并吸附进多孔材料内部，尽而制备出n-C21H44或n-C23H48在不同多孔材料和不同孔径内的样品。 （2）用差示扫描量热仪（DSC）表征正烷烃在常规状态下以及吸附在不同的多孔材料内部之后的热力学性质，观察升降温过程中相变温度，相变焓的变化规律，探究其变化原因。结果是随着孔径的减小，相变温度和相变焓都会随着降低，过冷度则是增加的；在孔径大致相同的情况下，相变温度变化主要取决于孔道形貌的影响，对界面作用不敏感。孔道形貌对相变温度的影响第一次被量化，它是以简单、平行的一维孔道SBA-15中n-C21（或n-C23）的数据作为参考。熔点与1/d拟合直线的斜率与固-固转变温度与1/d拟合直线的斜率区别反映了相应的常规n-C21（或n-C23）的熵增。 （3）用同步辐射对样品进行表征，判断纳米限域对正烷烃结构的影响。结果表明正烷烃n-C21（或n-C23）的层状排列结构受到干扰，孔径越小其干扰程度越强，层间分子堆积的无序度增加，这是由分子链的纵向扩散产生的链端缺陷和链内缺陷造成的。 （4）用变温XRD对样品结构变化进行表征，结果发现，n-C21在CPG（12 nm）和SBA-15（14.4 nm）中发现了新的转动相RII，O21和RI的混合相。因此在升降温过程中相变历程是L?RII?RI?O21+ RI；与常规体系相比，n-C23在CPG（12 nm）和SBA-15（14.4 nm）中，没有追踪到Odci和RV相，这不说明两个相不存在，这可能是因为它们转动太快或者取点温度太少或者直接不存在。所以正烷烃n-C23在CPG（12 nm）和SBA-15（14.4 nm）中，可能的相变历程经历为L?RII?RI?O23+ RI?O23。通过XRD对样品结构的追踪也是对DSC测试结果的证实，其结构转变点与DSC中相变温度大体一致。

目录

声明

1 前言

1.1 纳米限域下相变行为的研究

1.2 正烷烃概述

1.3 多孔材料概述

1.4 正烷烃在多孔材料中相行为研究

1.5 相变材料的概述

1.6 正烷烃热分析动力学简介

1.7 研究方法简介

1.8 本课题主要研究内容

2 实验部分

2.1 实验试剂及仪器

2.2 实验步骤

2.3 多孔材料的表征手段

2.4 样品表征

3 结果分析与讨论

3.1 多孔材料的透射电镜（TEM）表征

3.2 纳米限域下正二十一烷相行为的研究

3.3 纳米限域下正二十三烷相行为的研究

4 结论

4.1 纳米限域下正烷烃n-C21和n-C23的热力学性质的研究

4.2 纳米限域下正烷烃n-C21和n-C23的结构的研究

5 创新之处

参考文献

致谢

8 攻读学位期间发表论文情况