超微NaY分子筛的合成（II）—添加铝络合剂的影响

NaY分子筛合成体系中添加铝的络合剂（乙二胺四乙酸、柠檬本矣醋酸）,可有效地减小分子筛的晶粒尺寸及增加分子筛的晶化速度和SiO2/Al2O3物质的量比,在添加柠檬酸的合成体系中,考察了柠檬酸的添加量对NaY分子的筛晶化的影响,发现存在着一个最佳的柠檬酸的添加量范围,即n（柠檬酸）：n（氧化铝）≤2：1,在此范围内,NaY的晶化速率和硅铝比较高,而晶粒尺寸较小。     

超微NaY分子筛的合成(Ⅰ)──添加轻稀土离子的影响

导向剂的陈化时间和反应胶的晶化温度可以影响NaY分子筛的晶化行为.随导向剂陈化时间的增加,NaY分子筛的晶化速度加快,晶粒尺寸减小;随晶化温度的升高,NaY分子筛的晶化速度加快,但晶粒尺寸增加.而向合成体系中添加轻稀土离子(Ln³⁺)对NaY分子筛的晶化行为影响更为明显.与未添加稀土离子时相比较,在一定的稀土离子添加量范围内[n(Ln³⁺)/n(Al³⁺)<0.2],NaY分子筛的晶化速度明显加快而晶粒尺寸显著减小,同时所合成出的NaY分子筛的n(SiO₂)/n(Al₂O₃)比也有较大的提高.添加稀土离子使合成体系中形成异晶晶种的Ln(OH)₃微晶,从而进一步引发NaY分子筛的成核.     

微波诱导快速合成纳米NaY分子筛

报导了一种在常压回流微波加热条件下,可使合成的NaY分子筛晶粒尺寸减小至100 nm以下的方法.添加柠檬酸的晶化速率接近添加稀土离子的晶化速率,合成60 min后两者得到的NaY分子筛的晶粒度和硅铝比接近,约为40 nm和5.2,晶粒度小且硅铝比高于在相同条件下没有添加合成得到的NaY分子筛.微波合成的NaY分子筛的晶粒度明显小于常规相同配比所得样品的晶粒度且晶化时间明显缩短,充分证明了微波加热快速均匀且能够得到较小晶粒度的特点.     

海泡石原位晶化合成NaY分子筛的研究

首次用海泡石为硅源、高岭土为铝源,在水热条件下原位晶化合成NaY分子筛,采用粉末X射线衍射仪、电子扫描电镜等测试手段对所合成样品进行表征分析,着重考察晶化温度和投料配比对产品相对结晶度的影响.研究结果表明,NaY分子筛的形成受晶化温度的影响最大,随温度的升高,产品的相对结晶度显著提高,晶化温度升至100℃时,得到结晶度较高的NaY分子筛晶体.在原位晶化体系中,随n(SiO2)/n(Al2O3)减小,其相对结晶度增大;增加体系的n(Na2O)/n(SiO2)和减小n(H2O)/n(Na2O)都增大产品的相对结晶度;n(SiO2)/n(Al2O3)在投料比影响因素中占主导地位.     

十二烷基硫酸钠对原位晶化制备小晶粒NaY的影响

研究了十二烷基硫酸钠对原位晶化制备小晶粒NaY的影响,并以包含小晶粒NaY的原位晶化产物为母体,通过铵交换和稀土离子交换制备出了REUSY催化剂.采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线荧光(XRF)及N₂物理吸附-脱附等手段对样品进行了表征,采用微反活性评价装置和小型固定流化床(ACE)评价了所制备催化剂在重油催化裂化反应中的催化性能.结果表明:在原位晶化合成NaY的体系中,添加高岭土微球质量5%的十二烷基硫酸钠,可以将分子筛的平均晶粒尺寸由540 nm减小到250 nm.相比于常规的原位晶化型流化催化裂化(FCC)催化剂,以包含小晶粒NaY的原位晶化产物为母体所制备出的催化剂,在反应原料的转化率、裂化产物的选择性以及抗积碳性能等方面均有明显的提高或改善.     

纳米NaY分子筛的合成及其催化柴油加氢改质性能

在系统考察添加阳离子表面活性剂、凝胶陈化以及晶化温度和晶化时间等因素对NaY分子筛细化影响的基础上,对纳米NaY分子筛的合成规律进行了研究;合成出了n(SiO2)/n(Al2O3)=4.5,BET比表面积为620m2/g,孔容为0.34 cm3/g,微孔集中分布在0.55 nm附近,粒度分布范围在100 nm以内的纳米NaY分子筛.并采用XRD、BET、IR、TTEM和NH3-TPD等手段系统表征了纳米NaY分子筛的微观结构.分别采用合成的纳米NaY分子筛和微米NaY分子筛为原料制备负载型Ni-Mo-P催化剂,并以FCC柴油为原料,考察了催化剂的加氢改质性能,结果表明,与微米NaY分子筛基负载型Ni-Mo-P催化剂相比,纳米NaY分子筛基负载型Ni-Mo-P催化剂,在加氢脱氮率、密度和十六烷值相当的情况下,其加氢脱硫率较高,柴油收率较高.     

预吸附微波合成纳米NaY沸石晶种制备NaY型分子筛膜

在常压回流的微波加热体系中成功地合成出纳米尺寸的NaY分子筛,XRD和SEM等表征结果表明,分子筛具有40nm左右的平均晶粒尺寸.以其为晶种,预吸附在多孔氧化铝载体上,结合原位水热法进行二次晶化,制备出较为致密的NaY分子筛膜,该膜主要以孪生聚晶的形式存在.CO₂/N₂气体分离测试结果显示,随着温度的升高,分子筛膜的气体分离能力呈上升趋势,在140℃时真实选择分离系数达到最大值4.0.     

高岭土微球上无胺法ZSM-5的原位合成

无胺体系中,采用水热法在焙烧高岭土微球上原位晶化合成了ZSM-5分子筛。考察了晶化温度、晶化时间、晶种加入量以及合成体系硅铝比等主要因素对分子筛合成的影响,得出了较佳的原位晶化合成条件。采用XRD、SEM、N₂吸附脱附等手段对合成样品进行了表征。结果表明：在高岭土微球上合成出了颗粒尺寸小于1 μm的小晶粒原位ZSM-5分子筛;晶化产物的比表面积、总孔容、微孔表面积和微孔孔容均明显增大,微孔分布集中于0.54 nm。     

利用Taguchi法以高岭土为原料制备高硅NaY分子筛

采用Taguchi试验方法优化出了以高岭土为原料制备高硅NaY分子筛的最佳合成参数,考察了硅溶胶的加入量、反应体系的碱度、加水量以及晶化时间对NaY分子筛硅铝比和结晶度的影响。结果表明,高硅NaY分子筛的最佳合成条件是：反应体系各组分的物质的量比为7.5SiO₂∶1.0Al₂O₃∶2.2Na₂O∶120H₂O,晶化时间为16 h。同时发现,对合成样品性能的影响最为显著的因素是硅溶胶的加入量和碱度。采用X射线衍射、N₂静态容量吸附法和扫描电镜对利用最佳条件所合成样品的硅铝比、比表面积、孔分布以及表观形貌进行了表征。结果显示,以高岭土原料制备的NaY分子筛比参考样品拥有更高的硅铝比和更大的比表面积。     

高温合成NaY沸石

提出了应用NaY沸石导向剂提供全部硅源合成NaY沸石的新方法, 研究了高温条件下合成NaY沸石的规律和特点, 发现在高温条件下合成NaY沸石不仅晶化速度快, 而且可以在不加有机物的条件下合成较高硅铝比[n(SiO2)/n(Al2O3)=6]的NaY沸石.     

EU-1分子筛的合成及其在正己烷异构化反应中的催化性能

在不同硅铝比(nSiO₂/nAl₂O₃)的合成凝胶(含纯硅凝胶)中引入晶种,合成了纯相的EU-1分子筛。研究了铝源、模板剂和晶种添加量对EU-1分子筛的结晶度、形貌尺寸等的影响;重点研究了不同硅铝比对样品结晶度、晶粒尺寸、酸性、比表面积和孔容等的影响。将合成结果绘制成了纯相EU-1分子筛的合成条件三元图,从三元图可看出,晶种法可显著扩大纯相EU-1分子筛的合成区域。将Pt/H-EU-1用于正己烷异构化反应,结果表明,该催化剂具有优异的正己烷异构化活性及稳定性,对异构烷烃有较高的选择性。     

无导向剂直接水热合成小粒径的NaY分子筛

以铝酸钠和硅溶胶作为主要原料,在没有引入晶种或有机添加剂的情况下,通过控制合成体系的水含量以及水热合成条件(凝胶摩尔组成:5.1 Na2O.Al2O3.10 SiO2.(140~220)H2O,室温陈化1~3 d及100℃晶化9 h),可获得粒径为0.30~0.35μm的小晶粒NaY分子筛.借助于XRD,SEM,XRF和DLS等分析手段对分子筛进行了表征,表明所合成的小晶粒NaY分子筛具有粒度均匀、分散性好的特点.对比了两种不同粒径的La/Y催化剂对1-丁烯脉冲芳构化反应的催化性能和反应过程中催化剂的积炭行为,表明粒径较小的催化剂具有较好的稳定性,其容炭能力和抗积炭能力较强.     

纳米 ZSM-22分子筛的水热合成及在甲醇转化反应中的性能

分子筛结构的独特性和多样性使其在催化、吸附分离和离子交换等领域有着广泛应用.近年来,纳米分子筛制备和应用受到极大关注.与传统微米分子筛相比,纳米分子筛具有较小的晶粒尺寸、较大的外表面积和较高的表面活性,能显著提高其分离和催化性能.制备纳米晶体的常用方法有过量模板法、空间限定法、晶种法、离子热合成法及微反应器合成法等.目前,已合成出多种拓扑结构的纳米分子筛,包括 FAU, MFI, MEL和CHA等. ZSM-22是一种具有 TON拓扑结构的一维十元环直孔道分子筛(孔口尺寸为0.45 nm ×0.55 nm),在长链烷烃异构化和烯烃异构化等反应中表现出优异的催化活性.水热合成法是制备 ZSM-22分子筛最常用的方法,所得样品晶粒尺寸为2–15μm,但由于 ZSM-22分子筛是一种亚稳态结构,为了防止杂晶生成,合成通常是在剧烈搅拌(通常大于400 r/min)下进行.目前已有报道在较低转速下合成 ZSM-22分子筛,但产物仍为微米晶体;或在微波辅助水热合成条件下合成亚微米 ZSM-22分子筛,但晶体尺寸不可调且合成过程需要较高功率的微波反应器.因此,在水热条件下合成纯纳米 ZSM-22分子筛仍然是一个巨大挑战.本文在上述研究基础上采用改进的水热合成法成功合成出纳米 ZSM-22分子筛,考察了转速﹑硅铝比及乙醇共溶剂对晶粒尺寸的影响,比较了纳米和常规微米 ZSM-22分子筛的甲醇转化反应性能.结果表明,采用改进的水热合成法能够在较低转速下合成出纳米 ZSM-22分子筛,晶体尺寸在150–800 nm范围可调.通过考察转速对晶粒尺寸的影响,发现静态合成条件下无法形成 ZSM-22分子筛,表明 ZSM-22分子筛合成需要一定的转速.转速在10–50 r/min变化时,可以合成出不同晶体尺寸的 ZSM-22分子筛,且随转速提高, ZSM-22分子筛晶体尺寸先减小后增大,表明纳米 ZSM-22分子筛合成存在最佳转速.另外,配料硅铝比能显著影响 ZSM-22分子筛晶体尺寸,随配料硅铝比增加, ZSM-22分子筛晶体尺寸先减小后增大.通过在合成体系中添加乙醇作为共溶剂,考察了有机溶剂对 ZSM-22分子筛晶粒尺寸的影响,发现有机溶剂能显著增大 ZSM-22的晶体尺寸.将本文合成的纳米和常规微米 ZSM-22分子筛用于甲醇转化反应,考察了晶体尺寸对 ZSM-22分子筛甲醇转化反应性能的影响.发现与常规微米 ZSM-22分子筛相比,纳米 ZSM-22分子筛催化剂寿命显著提高,说明晶粒尺寸减小能有效减缓积碳导致的分子筛失活;同时,反应产物中乙烯和芳烃选择性有所提高,这是由于外表面积增大所致.此外,还考察了不同硅铝比 ZSM-22分子筛的甲醇转化反应性能.结果表明,分子筛硅铝比会影响催化剂寿命,但晶体尺寸对催化剂寿命影响更大. ZSM-22分子筛硅铝比增大有助于提高低碳烯烃选择性,减少芳烃生成.     

Beta分子筛晶种法合成及其加氢脱氧性能

采用晶种法制备一系列Beta分子筛,考察了晶化温度和时间等因素对合成Beta分子筛的影响,并采用XRD、XRF、SEM、N₂物理吸附、TG-DSC等手段对产物进行表征,结果显示合成的Beta分子筛具有良好的结晶度、孔道结构、热稳定性和相近的硅铝比;通过对初始凝胶进行老化处理可加快Beta分子筛的晶化速率,产物晶粒尺寸变小、比表面积和孔容变大;在晶种-凝胶体系中加入少量有机模板剂,Beta分子筛的收率和热稳定性均有提升.NH₃-TPD和Pyridine-FTIR分析结果表明不存在有机模板剂的晶种-凝胶体系中合成的Beta分子筛催化剂有更多的总酸量和Brønsted酸的数量,使其在苯甲醚加氢脱氧反应中表现出高活性和环己烷选择性.     

以天然矿物为全部硅铝源低成本绿色合成ZSM-5分子筛的研究

ZSM-5分子筛被广泛地应用于催化、吸附分离、离子交换和绿色化工等领域,但目前其合成主要是以无机化学品为硅铝源,从源头来看是非绿色化的过程.我们以热活化的硅藻土和亚熔盐活化的累托土为全部硅铝源,通过调变两种矿物的加入比例调变合成体系的硅铝比,在水热合成体系中制备ZSM-5分子筛.系统地考察模板剂用量、碱度、投料硅铝比、晶化时间等合成条件对产物结构和性质的影响,并对在最优条件下合成的ZSM-5分子筛的物化性质进行了详细地表征,结果表明：以天然矿物为全部硅铝源可以合成出具有较高结晶度、晶粒尺寸约为4 μm的六面体挛晶形貌的ZSM-5分子筛,该分子筛比商业ZSM-5分子筛具有更高的水热稳定性和更优的加氢异构性能.     

以氨水做碱源胶态晶种导向法合成小晶粒TS-1分子筛

TS-1分子筛具有MFI拓扑结构,因其独特的择形选择性和优异的催化氧化能力而广受关注.最早报道的TS-1合成方法采用大量四丙基氢氧化铵(TPAOH)作为有机结构导向剂, TPAOH价格昂贵,制约着TS-1分子筛大规模应用.开发廉价、环境友好的合成工艺是TS-1分子筛合成领域的重要课题.以价格相对较低的四丙基溴化铵(TPABr)代替TPAOH做有机结构导向剂,以氨水为碱源可合成TS-1分子筛,但产物晶粒尺寸远远大于以TPAOH做模板的合成结果,影响TS-1分子筛的传质和催化性能.因此,人们对该法进行了改进,选用有机胺作为碱源, TPABr为结构导向剂合成TS-1分子筛,但始终未能将其晶粒尺寸降至1μm以下.在合成体系中引入预先合成的TS-1分子筛或TS-1胶态前驱体作为晶种可以促进成核,缩短成核诱导期,有利于获得小晶粒尺寸的TS-1分子筛.此类方法往往需要辅助以大量有机胺等结构导向剂;胶态TS-1前驱体的制备需要特别小心以保证晶种中Ti的四配位状态,通常需要经历低温水解钛酸四丁酯(TBOT)和高温加热除醇等繁琐步骤.而胶态纯硅silicalite-1制备则相对简单,且已广泛用于导向合成同样具有MFI结构的ZSM-5沸石,但目前鲜有以silicalite-1做晶种合成TS-1分子筛的报道.基于此,本文以纯硅胶态silicalite-1为晶种,以氨水做碱源,辅助以少量TPABr做导向剂,合成了小晶粒TS-1分子筛,并以正己烯环氧化和环己酮氨肟化做探针反应考察了所得TS-1分子筛的催化氧化性能. X射线衍射结果表明,当晶种中SiO2占合成体系中SiO2的10 wt%(晶种引入TPAOH, TPAOH/SiO2=0.35),加入TPABr (TPABr/SiO2=0.03)做辅助结构导向剂,即合成体系中总(TPAOH+TPABr)/SiO2摩尔比低至0.07时,所得样品依然具有良好的结晶度.扫描电镜照片观察不到无定形物存在;晶种中SiO2占合成体系中SiO2的10 wt%时,所得TS-1晶粒尺寸约为250 nm ×150 nm ×50 nm;其他条件不变,胶态晶种用量增加到15 wt%时,初级晶粒尺寸基本保持不变,晶粒-晶粒之间交叉生长,形成孪生形貌;继续增加胶态晶种用量至20 wt%时,晶粒尺寸下降至仅100 nm左右;而用20 wt%胶态晶种所含相同量的TPAOH来代替胶态晶种,得到样品呈近10μm的大块状.与之对应的是,胶态silicalite-1晶种导向得到的小晶粒TS-1分子筛具有比直接用TPAOH得到的大块状样品更大的外比表面积和堆积孔体积.分析结果显示所得TS-1分子筛的体相TiO2/SiO2比在41–43.红外光谱和紫外可见光谱结果表明,胶态晶种导向法所得TS-1分子筛中的Ti主要以四配位状态存在,而直接用TPAOH合成的大块状样品则呈现显著骨架外Ti吸收峰,说明胶态晶种有助于Ti物种进入分子筛骨架.在催化正己烯环氧化反应时,用胶态silicalite-1晶种导向得到的小晶粒TS-1分子筛表现出与大块状TS-1相似的催化性能;而以环己酮氨肟化做探针反应时,小晶粒TS-1分子筛因具有外比表面积大和扩散路径短等优点而表现出远远高于大块状TS-1分子筛的催化活性.但与文献报道的相同SiO2/TiO2比的TS-1分子筛比较,本文所得小晶粒TS-1分子筛催化正己烯环氧化的活性略差.提高该小晶粒TS-1分子筛正己烯环氧化活性和建立构-效关系是下一步工作的重点.     

纳米ZSM-22分子筛的水热合成及在甲醇转化反应中的性能（英文）

分子筛结构的独特性和多样性使其在催化、吸附分离和离子交换等领域有着广泛应用.近年来,纳米分子筛制备和应用受到极大关注.与传统微米分子筛相比,纳米分子筛具有较小的晶粒尺寸、较大的外表面积和较高的表面活性,能显著提高其分离和催化性能.制备纳米晶体的常用方法有过量模板法、空间限定法、晶种法、离子热合成法及微反应器合成法等.目前,已合成出多种拓扑结构的纳米分子筛,包括FAU,MFI,MEL和CHA等.ZSM-22是一种具有TON拓扑结构的一维十元环直孔道分子筛(孔口尺寸为0.45nm×0.55nm),在长链烷烃异构化和烯烃异构化等反应中表现出优异的催化活性.水热合成法是制备ZSM-22分子筛最常用的方法,所得样品晶粒尺寸为2–15μm,但由于ZSM-22分子筛是一种亚稳态结构,为了防止杂晶生成,合成通常是在剧烈搅拌(通常大于400r/min)下进行.目前已有报道在较低转速下合成ZSM-22分子筛,但产物仍为微米晶体;或在微波辅助水热合成条件下合成亚微米ZSM-22分子筛,但晶体尺寸不可调且合成过程需要较高功率的微波反应器.因此,在水热条件下合成纯纳米ZSM-22分子筛仍然是一个巨大挑战.本文在上述研究基础上采用改进的水热合成法成功合成出纳米ZSM-22分子筛,考察了转速﹑硅铝比及乙醇共溶剂对晶粒尺寸的影响,比较了纳米和常规微米ZSM-22分子筛的甲醇转化反应性能.结果表明,采用改进的水热合成法能够在较低转速下合成出纳米ZSM-22分子筛,晶体尺寸在150–800nm范围可调.通过考察转速对晶粒尺寸的影响,发现静态合成条件下无法形成ZSM-22分子筛,表明ZSM-22分子筛合成需要一定的转速.转速在10–50r/min变化时,可以合成出不同晶体尺寸的ZSM-22分子筛,且随转速提高,ZSM-22分子筛晶体尺寸先减小后增大,表明纳米ZSM-22分子筛合成存在最佳转速.另外,配料硅铝比能显著影响ZSM-22分子筛晶体尺寸,随配料硅铝比增加,ZSM-22分子筛晶体尺寸先减小后增大.通过在合成体系中添加乙醇作为共溶剂,考察了有机溶剂对ZSM-22分子筛晶粒尺寸的影响,发现有机溶剂能显著增大ZSM-22的晶体尺寸.将本文合成的纳米和常规微米ZSM-22分子筛用于甲醇转化反应,考察了晶体尺寸对ZSM-22分子筛甲醇转化反应性能的影响.发现与常规微米ZSM-22分子筛相比,纳米ZSM-22分子筛催化剂寿命显著提高,说明晶粒尺寸减小能有效减缓积碳导致的分子筛失活;同时,反应产物中乙烯和芳烃选择性有所提高,这是由于外表面积增大所致.此外,还考察了不同硅铝比ZSM-22分子筛的甲醇转化反应性能.结果表明,分子筛硅铝比会影响催化剂寿命,但晶体尺寸对催化剂寿命影响更大.ZSM-22分子筛硅铝比增大有助于提高低碳烯烃选择性,减少芳烃生成.     

超细NaY分子筛的深度脱铝

通过优化和组合不同脱铝补硅方法,依次经氟硅酸铵处理、600oC水热处理、硅溶胶+草酸处理和800oC水热处理过程,成功实现了200nm超细NaY分子筛的深度脱铝,最终产品骨架硅铝比高达27.3,比表面积为581.9m2/g,分子筛结晶度保持在65%以上.结果表明,对于超细NaY分子筛脱铝,第一步采用氟硅酸铵进行部分缺陷修补尤为重要.根据分子筛晶粒尺寸不同,需严格控制氟硅酸铵用量和处理次数.当晶粒为200nm时,氟硅酸铵与分子筛骨架铝的摩尔比为0.16,处理一次较为适宜.在连续脱铝过程中及时补修脱铝产生的缺陷是保障超细NaY分子筛成功脱铝的关键,而采用氟硅酸铵、硅溶胶、800oC高温水热处理,可有效实施这种骨架修正作用.     

无模板剂预晶化液添加法合成ZSM-5分子筛

研究了旋转烘箱中无模板剂条件下,预晶化液添加对合成ZSM-5分子筛的影响。系统研究了预晶化液加入量对合成分子筛晶化速率及颗粒大小的影响。采用X射线衍射,扫描电镜,N2吸附-脱附,和激光粒度分布等分析方法对合成的ZSM-5分子筛样品的物化性能进行了表征。结果表明,预晶化液的添加可以明显加快分子筛的晶化速率,预晶化液添加量为33.3wt%时达到最大结晶度的合成时间由未添加时的48 h减少到24 h。添加预晶化液的母液在150℃晶化24 h时所得ZSM-5分子筛团聚体的颗粒大小随着预晶化液加入量的增大而增大,由5.5μm增大到26.3μm。团聚体颗粒的比表面积比未添加预晶化液得到的分子筛(292 m2.g-1)有了不同程度的提高,如添加量为33.3wt%时为394 m2.g-1。对预晶化液添加法合成ZSM-5分子筛团聚体颗粒的生长机理进行了讨论。     

线团式纳米NaY分子筛复合材料的制备及形成机理

通过在偏高岭土水热合成NaY分子筛的晶化过程中加入乙醇的方法,制备了线团式纳米NaY分子筛复合材料,用XRD、SEM、ICP OES研究了晶化过程中固液相结构和组成的变化,初步探讨了其形成机理,提出了制备纳米NaY分子筛复合材料的条件.