非碱性介质中合成ZSM-39型分子筛

自1981年Brace报导ZSM-39分子筛合成工作之后,人们在用不同有机胺模板剂合成ZSM-39分子筛方面做了很多工作.并在甲胺存在下,加晶种的方法得到了全硅ZSM-39单晶.目前合成ZSM-39的报道都是在碱性体系进行,Guth等报道了在非碱性介质中合成ZSM-5的新途径,认为全硅ZSM-5孔道内模板剂是以TPAF形式存在.本工作在非碱性介质中,F离子存在下,合成出ZSM-39分子筛,得到了全硅ZSM-39大单晶,并对其结构进行了测定.     

非碱性介质中全硅分子筛的合成与表征

在非碱性介质中,F-离子存在下,采用水热方法研究了全硅分子筛的合成。以三丙胺、胆碱、三亚乙基二胺和哌嗪为模板剂,合成出具有MFI结构(ZSM-5型)的全硅分子筛。全硅Theta-1和ZSM-39的模板剂分别为1,6-已二胺和四甲基溴化铵。~(29)Si MAS NMR研究结果表明,该体系得到的全硅分子筛具有结晶度高和缺陷少的特点。     

SAPO—5分子筛的合成与表征

SAPO-5分子筛合成所用的模板剂主要是四丙基氢氧化铵、三乙胺和三丙胺等。目前报道较多的是四丙基氢氧化铵和三乙胺。尚未见以三丙胺(Pr_3N)为模板剂在F~-离子存在下合成SAPO-5分子筛的详细报道。此外,对SAPO-5分子筛合成影响因素的研究还不够系统。本文以三丙胺为模板剂,在F~-离子存在下,合成出SAPO-5分子筛,用多种研究手段进行了鉴定,并对影响合成的诸因素进行了研究和讨论。     

非碱性介质中分子筛的合成

分子筛的合成通常是采用含碱金属离子的强碱性体系,通过水热晶化法实现~[1,2]的.得到的分子筛原粉不但必须通过铵离子交换和焙烧才能转变为氢型催化剂,而且在该体系中晶体的粒度也较小.Guth等人~[3]首次报道了在非碱性介质F-离子存在下直接合成铵型ZSM-5的工作.除用四丙基溴化铵合成ZSM-5及其杂原子分子筛外~[4],尚未见到在非碱性介质中合     

用天然沸石合成ZSM-5分子筛

以天然沸石作为硅铝源合成分子筛有着原料丰富、成本低廉等特点.近年来,用天然沸石作为原料合成分子筛的工作已有报道.但合成体系均为碱性介质,并有模板剂.Guth等在非碱体系合成了ZSN-5分子筛.李赫咺等采用直接法,以水玻璃和硫酸铝为原科,成功地合成了ZSM-5分子筛,但在非碱体系和直接法用天然沸石合成ZSM-5分子筛的工作尚未见报道.作者以天然沸石矿为原料,首次采用水热晶化法在非碱体系和直接法合成出ZSM-5分子筛,并对其结构和性能进行了考察.     

铝对SAPO—5分子筛的影响

SAPO-5分子筛是一种具有良好骨架结构和热稳定性的微孔晶体。在催化等方面有很好的应用前景。其合成所采用的铝源一般为水铝石,其它铝源活性较差。我们在HF存在下,以H_3PO_4、水铝石和硅溶胶为原料,三丙胺为模板剂合成出SAPO-5分子筛,并得到了大单晶。研究了反应混合物中Al的配位环境对SAPO-5形成的影响。     

无胺合成[Fe]ZSM-5分子筛的结构鉴定及其催化性能的研究

不用有机胺为模板剂,在碱性介质中采用水热合成法成功地合成了[Fe]ZSM-5分子筛.用X射线衍射、透射电镜、红外光谱、顺磁共振谱、X射线光电子能谱和穆斯堡尔谱等对其结构进行了表征,结果表明,Fe原子进入了分子筛骨架,并处于四面体的配位环境.在由甲醇转化为汽油的过程中,以本文合成的[Fe]ZSM-5与用有机胺为模板剂合成的[Fe]ZSM-5分子筛为催化剂相比,其活性和选择性几乎相同,且都比通常的H[Al]ZSM-5好,C₅组分以上的选择性大于80%,且芳烃(包括脂环烃)和异构烃的含量达75%以上.     

ZSM－35分子筛的合成及模板效应的研究

以1,6-己二胺为模板剂合成了ZSM-35分子筛,通过对比ZSM-35、ZSM-5和丝光沸石的合成条件,采用化学组成分析、热重分析及¹³CNMR等技术研究了1,6-己二胺和乙二胺的模板效应。结果表明,二者均对ZSM-35有较好的模板作用,而1,6-己二胺对ZMS-5的模板效应更佳。     

Ti-ZSM-5和B-ZSM-5分子筛大单晶的合成

具有ZSM-5结构的含钛和含硼分子筛是催化性能良好的新型杂原子分子筛,可分别作为碳氢化合物的氧化反应^[1]和制备高纯异丁烯的催化剂^[2]。近年来,有关这2种分子筛的合成已见报道^[1~4]。但其合成均采用碱性介质,成核和晶化都比较快,因此未能得到生长完美的杂原子ZSM-5型分子筛大单晶。     

模板剂对ZSM—5分子筛的成孔作用

用不同模板剂合成出不同硅铝比的ZSM-5沸石分子筛。在560℃赶除模板剂,经饱合吸冰后,应用多晶X射线衍射测定各样品的结晶度和晶胞体积。实验结果表明,合成氧化铝含量相同的ZSM-5分子筛时,加入不同的模板剂所得分子筛的晶胞体积不等(或称孔体积不等)。据此可以推测,模板剂对合成分子筛的造孔起支撑和定位的作用。     

Syntheses and Characterization of ZSM-5 Zeolites Containing Diethylamine and Ethylenediamine

Syntheses of ZSM-5 zeolites from R-SiO2-Al2O3-H2O-HF(R = diethylamine and ethylenediamine, respectively) were investigated by using the hydrothermal crystallization. The large single crystals of ZSM-5 containing diethylamine and ethylenediamine were synthesized. The ZSM-5 precursors were characterized by means of X-ray powder diffraction, scanning electron microscopy, thermal analysis and electron microprobe analysis. The analysis result of aluminium distribution shows that the interior aluminium content of large crystals of ZSM-5 zeolites is rather low.     

ZSM-5 zeolite single crystals with b-axis-aligned mesoporous channels as an efficient catalyst for conversion of bulky organic molecules

The relatively small and sole micropores in zeolite catalysts strongly influence the mass transfer and catalytic conversion of bulky molecules. We report here aluminosilicate zeolite ZSM-5 single crystals with b-axis-aligned mesopores, synthesized using a designed cationicamphiphilic copolymer as a mesoscale template. This sample exhibits excellent hydrothermal stability. The orientation of the mesopores was confirmed by scanning and transmission electron microscopy. More importantly, the b-axis-aligned mesoporous ZSM-5 shows much higher catalytic activities for bulky substrate conversion than conventional ZSM-5 and ZSM-5 with randomly oriented mesopores. The combination of good hydrothermal stability with high activities is important for design of novel zeolite catalysts. The b-axis-aligned mesoporous ZSM-5 reported here shows great potential for industrial applications.     

纳米ZSM-5沸石对芳烃苄基化反应的催化性能

采用晶种有机硅烷化法合成了纳米团簇 ZSM-5 沸石, 考察了其在芳烃苄基化反应中的催化活性. X 射线衍射、N2 吸附和扫描电镜等结果表明, 该沸石为由约 20 nm 的小晶粒聚集成的团簇体, 并形成晶间中孔, 其具有的外表面积是普通 ZSM-5 沸石的 5 倍之多. NH3-程序升温脱附和吡啶吸附的红外光谱结果显示, 沸石的纳米化可使其表面酸中心, 尤其是强酸中心的数目增多, 大大提高了大分子的酸性位可接近性. 在芳烃苄基化反应中, 纳米 ZSM-5 沸石克服了反应分子空间位阻对催化活性的影响, 表现出优异的催化活性, 363 K 时, 甲苯苄基化反应的速率常数是普通 ZSM-5 沸石的约 13 倍.     

ZSM-5沸石大单晶的生长

ZSM-5是近十年来发展的具有广泛应用前景的高硅沸石分子筛。其骨架主要由五元环连结而成,具有十元环孔道(直径约6(?))。空间群为P_nma。大于40μm的均匀完美沸石单晶体,为晶体结构的测定以及与催化性质有密切关系的阳离子交换、扩散、吸附等重要性质的研究所必须。在通常的条件下获得大而完美的沸石单晶体是困难的。单晶的合成,有利于研究沸石晶体的形成与生长机理,是沸石结晶动力学研究的重要课题之一。     

Preparation and characterization of alumina supported silicalite membranes by sol–gel hydrothermal method

Two types of unsupported zeolites (silicalite-1 and silicalite-2) and porous alumina discs supports were prepared by the hydrothermal sol–gel synthesis method. The influence of the raw materials used as SiO₂ source, the temperature of the thermal treatment and the presence of the ceramic support on the crystallization of zeolites were studied. The reaction products were characterized by X-ray diffraction (XRD), IR spectroscopy (IR) and scanning electron microscopy (SEM) studies. The SiO₂ source had a significant effect on the final zeolite obtained: the use of colloidal silica sol (ZCS) as SiO₂ source in the synthesis led to ZSM-11 (silicalite-2) crystals, while the sodium silicate solution (ZSS) produced the ZSM-5 (silicalite-1) type. The presence of the alumina support influences the crystallization process of ZSM-5, as it improves nucleation and the ordering of the crystals.     

蒸汽辅助结晶法合成多级孔整体型ZSM-5分子筛

多级孔分子筛由于其高的比表面积、良好的传质性能和可调控的孔径等特性,引起了广大科研工作者的研究兴趣.近年来,通过选择性脱除骨架硅或铝,成功合成了多级孔沸石分子筛材料.但是由于骨架原子的脱除使分子筛的结晶度降低,进而使其催化效率降低.通过硬模板法(如炭黑、介孔硅球、气凝胶等),也用于合成多级孔沸石分子筛.然而,这种方法制备过程较为复杂,且成本较高.因此,亟需发展新的多级孔分子筛的制备方法.此外,在工业应用中,沸石分子筛催化剂通常需要做成整体柱状或片形以消除固定床反应器的床层压降.合成整体型沸石分子筛的传统方法是在沸石分子筛成型过程中添加SiO2和Al2O3等无机粘结剂.虽然该方法简单易行,但沸石分子筛的孔道结构容易被破坏,而且无机粘结剂的存在使分子筛活性中心的密度减少.为了解决这些问题,合成整体型多级孔沸石分子筛,不仅具有较强的机械稳定性,适应于工业,而且其多级孔道有利于分子的扩散,从而具有较高的催化活性.针对上述问题,我们以海绵作为模板,通过蒸汽辅助结晶(steam-assisted crystallization,SAC)方法,制备具有多级孔道的整体型ZSM-5分子筛.通过X射线衍射(XRD)、氮吸附脱附、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、固态核磁共振和氨气的程序升温脱附(NH3-TPD)等手段对分子筛进行了结构与性质表征.XRD和固态核磁共振的结果表明,成功合成了不同Si/Al的ZSM-5分子筛.SEM和TEM结果进一步确定了合成的整体型多级孔ZSM-5分子筛(记作M-ZSM-n,n代表Si/Al的摩尔比),由于分子筛颗粒的堆积形成的介孔,海绵模板提供的固体骨架形成的大孔,分子筛本身的微孔,共同构成了微孔-介孔-大孔的整体型ZSM-5分子筛.透射电子显微镜上配备的X射线能谱仪(EDS)结果表明,分子筛中的Si和Al元素能够均匀的分布.氮吸附脱附证明所得整体型分子筛具有明显的介孔结构.NH3-TPD结果表明,不同Si/Al的整体型多级孔ZSM-5分子筛具有不同强度的酸性,其酸性强度:ZSM-5(60)相似文献   

MFI型分子膜的制备与H2S/CH4分离性能

采用二次生长法在多孔α-Al₂O₃载体上制备MFI型（ZSM-5和silicate-1）分子筛膜;通过XRD和SEM检测,证明所合成的分子筛膜为致密、交联和无取向的MFI型分子筛膜,厚度为5 μm;单组分气体渗透实验检测中,所制备样品膜的N₂渗透量均小于10^-11 mol/（m²·s·Pa）,可认为其无缺陷;同时,考察了样品分子筛膜对H₂S/CH₄混合气的分离效果,在渗透压分别为0.3和0.5 MPa时,silicate-1分子筛膜的H₂S/CH₄的分离因子分别为1.99和4.44,而ZSM-5分子筛膜的CH₄/H₂S的分离因子分别为6.71和12.85。     

CH3NH2-SiO2-H2O凝胶中生长的ZSM-39的单晶结构研究

从CH₃NH₂-SiO₂-H₂O凝胶中以水热法生长出ZSM-39单晶,在Enraf-NoniusCAD-4四圆衍射仪上收集衍射强度,进行结构测定。晶体属空间群Fd3m,a=19.4028Å。最后偏离因子R=0.055。结构分析表明:甲胺分子无序分布于十六面体笼中,其碳原子位于笼的中心。胺基可提供氢原子与十六面体笼的氧原子形成氢键,从而体系内能降低,更有利于单晶的生成。     

无溶剂法合成ZSM-5/SiC整体式催化剂制备生物燃料

传统合成整块载体负载分子筛催化剂的方法是水热法,这样往往伴随水资源浪费和釜内空间利用率低的问题.本文报道了应用无溶剂法在蜂窝结构的碳化硅(SiC)表面原位生长ZSM-5分子筛.进一步采用该法将Pd纳米粒子限域在ZSM-5分子筛内,合成Pd@ZSM-5/SiC双功能催化剂,并在油酸甲酯加氢反应中表现出较高的活性和高碳烷烃选择性.结果发现,Pd@ZSM-5/SiC表现出高选择性和耐久性,这归因于SiC优异的传质和导热特性.X射线衍射、扫描电子显微镜和氮气吸附等结果表明,通过无溶剂法合成的分子筛具有很高的结晶度和纯度;高分辨透射电镜结果表明,在Pd@ZSM-5和Pd@ZSM-5/SiC催化剂中,Pd纳米粒子均被良好封装,并且粒径无明显差别,因此排除金属活性中心粒径的干扰.油酸甲酯的直接加氢脱氧/脱羧可以制备具有高附加值的长链碳氢化合物,而碳氢化合物的裂解通常会伴随着低碳化合物等副产物的生成.我们比较了两种催化剂在350-500℃的转化率和高碳烷烃的选择性差异.在相同反应条件下,Pd@ZSM-5/SiC催化剂上油酸甲酯转化率始终高于Pd@ZSM-5.例如在450℃,Pd@ZSM-5和Pd@ZSM-5/SiC的转化率分别为97.6%和78.2%,当温度提升至500℃,Pd@ZSM-5/SiC将油酸甲酯完全转化,而Pd@ZSM-5的转化率仅为88%.在350℃时,Pd@ZSM-5/SiC以脱羧反应为主,其中C17和C18的选择性分别为67.3%和20.1%,C6-12和C13-16选择性分别为2.4%和5.0%.相比之下,Pd@ZSM-5催化剂C17的选择性为39.4%,C18的选择性为13.2%,C6-12和C13-16选择性分别为20.2%和20.6%.由此可见,Pd@ZSM-5对于高附加值的长链碳氢化合物的选择性远低于Pd@ZSM-5/SiC;这可能与在Pd@ZSM-5催化剂上更容易发生烷烃裂解副反应有关.值得注意的是,虽然升高温度会促进碳氢化合物的裂解,但是在Pd@ZSM-5/SiC催化剂上高碳化合物依然较多.例如,在500℃时,裂解是Pd@ZSM-5催化剂上的主要反应,C1-5的选择性高达50.1%,C6-12的选择性高达37.0%;而在Pd@ZSM-5/SiC的产物中,C13-16的选择性为40.0%,C17-18的选择性更是高达16.7%.此外,在450℃的油酸甲酯加氢连续实验中,Pd@ZSM-5/SiC比Pd@ZSM-5表现出更好的耐久性,且催化剂失活后可以通过焙烧手段再生.上述结果表明,Pd@ZSM-5/SiC催化剂有利于加氢脱氧/脱羧反应制备有价值的高碳烃产品,更能抑制裂解副反应的进行.相比之下,传统的粉末催化剂对裂解产物仍具有较高的选择性,尤其是在较高的反应温度下.SiC载体的引入有利于高碳产物的传质,从而抑制了裂解反应.此外,碳化硅良好的导热性可以有效地防止催化剂在反应中的过热,同样有利于抑制碳氢化合物的裂解.