化学气相沉积三甲基氯硅烷制备两亲性HZSM-5沸石

以三甲基氯硅烷((CH3)3SiC1)为改性剂,采用化学气相沉积法对HZSM-5沸石外表面进行修饰,再通过控制后处理抽空温度,制得两亲性沸石样品.在沉积过程中,改性剂与沸石外表面末端硅羟基作用形成亲油性基团,使得样品主要呈现出亲油性;经423～523K抽空处理后,沉积的(CH3)3Si基团发生Si-C键断裂而脱附出1～2个甲基,样品表现出两亲性能.该改性过程对HZSM-5沸石的孔道大小和内表面性质影响很小.在乙酸异戊酯相界面催化水解反应中,该两亲性沸石分布于水/油两相界面,表现出明显高于亲水性母体HZSM-5沸石的催化活性.     

不同硅铝比两亲性HZSM-5沸石的制备和表征

 采用三甲基氯硅烷并通过控制水的添加量对硅铝比分别为25, 42和101的HZSM-5沸石进行外表面修饰,制得三种两亲性沸石样品. 水的添加量对沸石催化剂的两亲性有显著影响. 红外光谱和低温氮吸附等测试结果表明,两亲性沸石样品具有与各自母体沸石相似的酸性及略小的比表面积. 在环己烯水合及乙酸异戊酯水解的相界面反应中,两亲性沸石分布于水-油两相界面,并表现出明显高于各自母体沸石的催化活性. 硅铝比为42的两亲性HZSM-5样品表现出最佳的相界面催化性能. 相对于环己烯水合反应,两亲性HZSM-5沸石更适用于乙酸异戊酯水解的相界面催化反应.     

不同孔结构两亲性沸石的制备及其对相界面反应的催化性能

 通过三甲基氯硅烷(TMS)对沸石表面进行修饰,制得了两亲性沸石样品TMS-Hβ, TMS-HY和TMS-HZSM-5,并采用X射线衍射、红外光谱、水饱和吸附量测定和酸碱滴定等手段对改性样品进行了表征. TMS对这三种母体沸石的改性结果有所不同: 对于HZSM-5沸石, TMS仅在外表面修饰; 对于Hβ沸石,少量TMS进入沸石孔道; 而对于HY沸石, TMS则导致沸石结构部分坍塌. 两亲性TMS-HZSM-5和TMS-Hβ沸石在乙酸异戊酯相界面水解反应中表现出明显优于各自母体沸石的催化性能. 两亲性沸石表面硅烷基的稳定性对其催化性能有一定的影响. 相对于TMS-HZSM-5沸石, TMS-Hβ沸石表面硅烷基的稳定性较强; 在较高的相界面反应温度下, TMS-Hβ样品仍能维持两亲性能,表现出较高的催化活性.     

两亲性TS-1沸石的制备及其相界面催化反应性能的研究

采用三甲基氯硅烷和正十八烷基三氯硅烷对TS-1沸石样品进行表面修饰，制备出了两亲性含钛沸石样品．这类两亲性含钛沸石能分布于水、油两相界面处．改性后样品的骨架未遭破坏，其中钛仍然保持了四配位骨架钛的状态，但其晶貌发生了某些改变．这类两亲性样品在不加共溶剂及静置的反应条件下，对1-辛烯和双氧水的相界面环氧化催化反应表现出优良的催化活性．尤其是三甲基氯硅烷改性后的TS-1沸石，在相界面催化反应中，具有比改性前高得多的活性．我们还发现，在该相界面催化反应条件中，相界面的面积和催化剂用量是两个最重要的影响因素，当相界面面积(cm^2)与催化剂用量(mg)的比例控制在0．15左右时，两亲性TS-1沸石的催化活性达到最高值．     

硅甲基接枝改性MCM-48的结构特征及表面性质

本文利用三甲基氯硅烷与未焙烧MCM-48反应,实现对MCM-48的表面硅甲基接枝改性。结果表明:原未焙烧MCM-48孔道内的CTAB模板剂被脱除,三甲基氯硅烷与表面羟基反应,将硅甲基官能团接枝到MCM-48的内外表面。改性后MCM-48具有良好的长程有序结构,较窄的孔径分布,较大的孔体积和较高的比表面积,相对于未焙烧MCM-48,硅甲基接枝改性MCM-48的表面亲水性降低,亲油性得到提高。     

新型两亲性含钛β沸石的制备与表征

将Ti-β沸石经过正十八烷基三氯硅烷改性制得两亲性含钛β沸石，并通过 XRD，FT-IR，UV-vis和N_2吸附-脱附等手段对其进行了表征。同改性前样品相比， 制备出的两亲性含钛β沸石保持了原来的晶体结构，其BET比表面积和BJH孔容均稍 有下降。FT-IR和UV-vis结果说明该沸石骨架在存在四配位钛，从而有可能成为催 化烯烃环氧化反应的活性中心。由于外表面阔别分覆盖有憎水性的硅烷基团而其它 部分吃不开现亲水性，该两亲性含钛沸石分布于水/油两相界面处，因此该催化剂 可以应用于不添加共溶剂 的相界面催化反应。     

两亲性Ti-V-β沸石的制备及其相界面催化反应性能的研究

采用三甲基氯硅烷(TMS)和正十八烷基三氯硅烷(OTS)对Ti-V-β沸石样品进行表面修饰,制备出了两亲性TMS-Ti-V-β和OTS-Ti-V-β沸石,通过XRD,FTIR,UV-Vis,SEM和低温氮气吸附-脱附等手段对样品进行了表征。同改性前样品相比,两亲性Ti-V-β沸石骨架未遭破坏,只是晶貌发生了一些改变。其BET比表面积和BJH孔容均稍有下降(Ti-V-β为428 m²·g^-1和0.54 cm³·g^-1, TMS-Ti-V-β为382 m²·g^-1和0.40 cm³·g^-1, OTS-Ti-V-β为290 m²·g^-1和0.28 cm³·g^-1)。这类两亲性沸石能分布于水、油两相界面处,在不加共溶剂及静置的反应条件下,对环己烯水化的相界面反应表现出优良的催化活性( 环己烯的水合率和环己醇的选择性分别为: Ti-V-β 0.61%和76%、OTS-Ti-V-β 2.01%和90%、TMS-Ti-V-β 7.35%和95%)。可以看出,三甲基氯硅烷改性后的TMS-Ti-V-β沸石在相界面催化反应中,具有比改性前高得多的活性。     

纳米氧化锌的合成及表面改性

以硫酸锌、尿素为原料,采用均相沉淀法合成了纳米氧化锌.研究了硬脂酸对所制的纳米氧化锌粉体表面改性的机理及其对粉体亲油性的影响.实验结果表明,硬脂酸中的羧基与纳米氧化锌粉体颗粒表面的羟基发生了酯化反应,并在表面形成单分子膜.经过表面改性的纳米氧化锌由亲水性转化为亲油性.同时,就纳米氧化锌粉体硬脂酸表面改性反应,探讨了反应摩尔分数、反应温度和反应时间对产物的影响,从而筛选出粉体亲油性最大的反应条件为:硬脂酸质量分数为7%;反应温度为50℃;反应时间为1h.     

重氮甲烷对HZSM-5分子筛表面酸性的影响

本文利用重氮甲烷对HZSM-5分子筛表面酸进行改性,并对改性后的样品考察其表面性质和反应活性的变化。实验结果表明,改性后HZSM-5的比表面积明显降低,表面总酸量大大减少;改性前后的样品经水蒸汽处理后,其总酸量均比未经水蒸汽处理样品的高;在改性后的HZSM-5样品上,乙炔聚合反应的结焦量大大降低,甲醇脱水反应产物分布发生明显变化。     

有机硅骨架修饰的磷酸铝分子筛VPI-5的合成

分别以1,2-双(三乙氧基硅基)乙烷(BTESE)、1,2-双(三乙氧基硅基)乙烯(BTESEE)和苯基三乙氧基硅烷(PTES)为硅源, 通过一步法直接合成有机硅骨架修饰的磷酸铝分子筛VPI-5. 系统考察了各反应参数对产物结构与性质的影响, 并对产物的结构进行了表征. 表征结果表明, 有机基团通过硅原子被引入到分子筛骨架中. 有机基团的引入增加了分子筛的亲油性, 并且不同的有机基团对分子筛的亲油性的提高程度不同.     

Effect of external surface of HZSM-5 zeolite on product distribution in the conversion of methanol to hydrocarbons

The external surface of HZSM-5 zeolite was passivated by liquid siliceous deposition and by acidic sites poisoning with lepidine, respectively. Then methanol-to-hydrocarbons （MTH） reaction was investigated over the above as-prepared catalysts and the dissoluble coke on these used catalysts was analyzed by GC-MS, to study the role of the external surface of HZSM-5 in the catalytic reaction. Comparison with the experi- mental results based on parent ZSM-5 showed that the product distribution of MTH reaction was obviously influenced by the external surface. Evidences were listed as follows： （1） the final product on parent HZSM-5 showed higher aromatic selectivity, lower olefin selectivity, lower ra- tio of C2/C3＋ aliphatics and higher ratio of C3/C4＋ aliphatics than the reaction mixture produced by the sole catalysis of acidic sites in HZSM-5 channel; （2） a little of pentamethylbenzene and hexamethylbenzene in the product on parent HZSM-5, was produced via multi-methylation of methylbenzene on the external surface. The above conclusion may also be suitable for MTH reaction over other zeolites with 10-ring channel.     

纳米薄层HZSM-5分子筛催化甲醇制丙烯

在合成系列硅铝比纳米薄层HZSM-5分子筛的基础上,研究了纳米薄层HZSM-5分子筛催化甲醇制丙烯(MTP)的反应性能.在固定床微反装置上详细考察了工艺条件对纳米薄层HZSM-5分子筛催化性能的影响,同时与纳米HZSM-5分子筛对MTP反应的催化性能进行了比较.结果表明,纳米薄层HZSM-5分子筛具有较高的目的产物选择性和较长的催化寿命.在适宜硅铝比(n(SiO2)/n(Al2O3)=213)和反应条件下(温度470°C,甲醇质量空速为3 h-1),丙烯的选择性达到46.7%,三烯(乙烯、丙烯和C4烯烃)选择性达到78.7%.其中,丙烯/乙烯的质量比可达到6.5,是纳米HZSM-5分子筛的2倍,而芳烃的选择性比纳米分子筛明显降低.这是因为纳米薄层HZSM-5分子筛比纳米HZSM-5分子筛具有较宽的(010)晶面、较大的外比表面积和介孔孔容.     

磷酸三乙酯改性HZSM-5沸石的活性及理论研究

采用XRD表征了水蒸气和磷联合改性的HZSM-5沸石分子筛的结构．通过NH3-TPD和N2吸附脱附研究了样品的酸性和比表面．采用正庚烷的裂化反应研究了样品的裂化活性，研究结果表明，磷改性样品与母体样品相比，经过水蒸气处理后显示出较高的酸量和正庚烷裂化活性．上述结果首次用模型簇和计算量子化学方法进行了解释．采用Gaussian94软件包和PM3半经验量子化学方法对模型簇进行了全优化和频率分析．计算结果显示磷改性后样品的脱铝补硅反应热大于母体样品脱铝补硅反应热，从而显示出磷对骨架的稳定化作用．     

H(Fe)ZSM-5分子筛的合成、表征及其催化性能的研究

用水热法合成出含铁ZSM-5沸石,并对其物相、外貌、结构组成、吸附、表面酸性和催化活性等性能作了测试。ESR和XPS测定结果表明Fe~(3+)进入沸石骨架。实验结果表明,表面总酸性较弱,L酸位浓度较大的H(Fe)ZSM-5在甲醇转化反应中有利于低碳烃的齐聚和异构化,而酸性较强的HZSM-5易使低碳烯烃氢转移而生成大量的气态烃。     

表面强酸分布——影响HZSM-5沸石对位选择性的主要因素

考察了交换剂和改性处理对HZSM-5沸石在甲苯乙基化反应中对位选择性的影响,检测了反应初级产物的组成,用原位TPD法研究了沸石表面酸中心的催化性质。结果表明,孔径和酸性分布都是影响沸石对位选择性的重要因素,但是表面酸性的调变对提高HZSM-5沸石的对位选择性更为重要。对-甲乙苯是甲苯乙基化反应的初级产物,在表面异构化反应后生成间-甲乙苯。烷基化和异构化两种反应活性中心在酸强度上的差异很小,仅仅是所处位置不同。由于改性处理同时抑制了这两类活性中心,使HZSM-5沸石在甲苯乙基化反应中的对位选择性上升而活性下降,表现出反向变化关系。     

晶粒大小对ZSM-5分子筛甲醇制低碳烯烃催化性能的影响

对三种HZSM-5分子筛进行Ca改性,获得两组酸性接近的催化剂,考察了晶粒大小对甲醇制低碳烯烃(MTO)反应的影响。通过进一步与Na改性的比较,探讨了Ca在催化反应中的作用。采用扫描电镜(SEM)测定晶粒大小及形貌,氨气程序升温脱附(NH3-TPD)及吡啶红外吸附(Py-IR)表征催化剂的酸性。MTO催化性能测定结果表明,HZSM-5的低碳烯烃选择性较低且下降较快,催化活性降低也快;Ca改性降低酸性,提高了低碳烯烃选择性和催化稳定性;晶粒大小主要影响催化稳定性,小晶粒分子筛催化剂稳定性更好。高Ca含量改性效果更好;钠改性也提高了低碳烯烃选择性,但其稳定性较差。对于HZSM-5和Ca/HZSM-5,小晶粒的催化剂具有较好的催化稳定性。提出Ca参与了催化反应,MTO是一个酸碱协同作用的催化过程。     

氟氯有机化合物对HZSM-5分子筛改性过程中氟和氯的作用

利用ＸＲＤ，ＭＡＳ，ＮＭＲ，ＩＲ和ＸＰＳ等手段研究了ＣＦ４－ｎＣｌｎ改性的ＨＺＳＭ－５分子筛的体相和表面结构的变化。结果表明，改性过程中Ｆ和Ｃｌ均能使ＨＺＳＭ－５脱铝和脱硅。Ｃｌ可以使沸石骨架ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３升高，而Ｆ除使沸石骨架脱铝外，还会极化其晶格。Ｆ比Ｃｌ更容易在沸石表面富集。Ｆ和Ｃｌ是通过取代Ｏ或ＯＨ与沸石表面Ｓｉ或Ａｌ作用的。改性后的沸石表面有数种含氟表面物种存在。     

氟改性对纳米 HZSM-5 分子筛催化甲醇制丙烯的影响

 在比较了纳米和微米 HZSM-5 分子筛催化甲醇制丙烯反应性能的基础上, 对纳米 HZSM-5 分子筛进行了氟改性. 利用透射电镜、N2 吸附、X 射线衍射、氨程序升温脱附和吡啶吸附-红外光谱技术对改性前后的样品进行了表征, 并在常压、500 oC 和甲醇空速 (WHSV) 为 1.0 h–1 的反应条件下, 在连续流动固定床微型反应器上考察了其催化甲醇制丙烯的性能. 结果表明, 当氟含量<10% 时, 随氟含量的增加, 改性纳米 HZSM-5 分子筛的酸量减少, 酸强度降低, 从而使丙烯选择性和催化剂稳定性不断提高. 但过量 (15%) 氟的改性使纳米 HZSM-5 分子筛的酸量、比表面积和孔容均明显减小, 致使其稳定性反而降低. 在适量 (10%) 氟改性的纳米 HZSM-5 分子筛上, 丙烯选择性和维持甲醇完全转化的反应时间分别由原来的 30.1% 和 75 h 增加到 46.7% 和 145 h.