BF3*Et2O/MCM-41固体酸催化剂及其催化性能的研究

MCM-41因其具有规整的六方一维孔道、高比表面积及可作为催化剂或催化剂载体的优良性能而备受关注[1]. 但由于铝取代的MCM-41具弱酸性, 将其作为酸催化剂的研究尚不多见. 为此, 对MCM-41进行表面改性或负载酸性物质是行之有效的方法. 本文以BF3*Et2O对MCM-41分子筛进行表面改性, 并采用XRD和原位FTIR技术对BF3*Et2O/MCM-41催化剂进行表征; 探讨了催化剂制备条件对环氧氯丙烷与异丁醇的缩合反应性能的影响.     

过渡金属改性MCM—41的结构及对苯催化氧化的研究

制备了Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ改性的ＭＣＭ－４１,采用ＸＲＤ、低温Ｎ２吸附及ＴＰＤ手段研究了改性ＭＣＭ－４１的结构特征和表面性质。过渡金属可同晶取代骨架Ｓｉ,同晶取代的能力与过渡金属离子半径有关,过渡金属改性ＭＣＭ－４１均具有较好的长程有序结构、均一的孔径分布和较高的比表面积,引入不同的过渡金属可以改变ＭＣＭ－４１表面酸性和亲水／增水性和亲水考察了改ＭＣＭ－４１对苯氧化的催化性能。     

Cu修饰的MCM-41的合成、表征及对芳烃羟化反应催化作用的研究

利用MCM-41形成过程中协同自组装的特点,在合成过程中引入Cu(NH₃)₄²⁺,制备出过渡金属表面修饰的纯硅介孔分子筛Cu-MCM-41,采用XRD,ICP,ESR,N₂吸附等手段确定Cu处于MCM-41的表面,取代了端羟基中氢的位置,与骨架桥氧和硅羟基中的氧配位.利用苯酚羟化反应为探针,考察了Cu-MCM-41的催化活性.结果表明,Cu-MCM-41具有很高的苯酚羟化活性,与TS-1分子筛的催化效果相当,对萘酚的羟化活性也较高.     

四甲基锡在MCM-41分子筛表面的接枝反应及产物性能

研究了真空条件下SnMe4在MCM-41分子筛表面的接枝反应，并用元素分析、ICP、GC-MS、XRD、FTIR、DRS、13C及119Sn MAS NMR、XPS、BET、TPD、TPR等方法对产物的组成、结构和性质进行了表征.结果表明, 两者可以定量地进行化学反应，将确定数目的甲基锡基团接枝在分子筛表面, 形成SnMe3/MCM-41物种；接枝反应发生在分子筛表面上, 不破坏MCM-41分子筛骨架结构；改性分子筛的BET比表面积有所降低，孔体积变小, 表面性质发生变化.四甲基锡在MCM-41上接枝反应的温度为343 K,比它与HY沸石的反应温度(193 K)高得多，并且产物SnMe3/MCM-41的热稳定性也高于SnMe3/HY.     

MCM-41分子筛固载BF3·X固体酸催化剂的合成及其催化性能的研究

以BF3·X(X=Et2O, H2O, H3PO4, HOAc, HOEt)对MCM-41分子筛进行表面改性, 具体合成了BF3·X/MCM-41固体酸催化剂, 同时采用XRD和原位FT-IR技术对BF3·X/MCM-41催化剂进行表征, 并探讨了催化剂的制备条件对环氧氯丙烷与异丁醇的缩合反应性能的影响.     

MnCo改性的MCM-41催化剂用于氯苯催化燃烧的研究（英文）

含氯挥发性有机化合物(CVOCs)是对人体健康和环境危害极大的有机化合物.常见的有二氯乙烷、三氯乙烯、三氯甲烷、四氯化碳和氯苯等.有些CVOCs是"三致"(致畸、致癌、致突变)物质,有些少量进入大气就能破坏臭氧层,亦或与臭氧等形成光化学烟雾,引起全球变暖.因此,对于其消除迫在眉睫.CVOCs通常采用高温直接燃烧、吸附、光催化氧化和催化燃烧等方法降解.其中,催化燃烧是非常有效的.我们选择氯苯作为CVOCs探针分子是因其不仅存在于农药和化工产品中,在室内环境中也大量存在,而负载贵金属和非贵金属型催化剂可用于其催化降解.贵金属催化剂价格高而且易氯中毒,但过渡金属催化剂价格低且抗失活,因而是不错的选择.通常过渡金属催化剂使用V_2O_5,Cr_2O_3,MnO_2,Co_3O_4及NiO等活性组分,而Mn和Co氧化物有较好活性且没有环境污染,常用作活性组分.另外,MCM-41是有序介孔硅酸盐和硅铝酸盐家族中M41S的一员,具有高的比表面积和较窄的孔径分布,常用作催化剂的载体.我们利用具有大比表面积、大孔径的MCM-41作为载体,采用浸渍法负载MnO_x,CoO_x,MnO_x-CoO_x等活性组分,制备系列的催化剂用于低浓度氯苯的催化燃烧,研究催化剂的催化活性、选择性及稳定性.并利用XRD、N_2吸脱附、高分辨电镜-能谱分析、H_2-TPR和CB-TPD等手段对MCM-41及催化剂的织构-结构、表面形貌、活性组分分散状态、氧化还原性能及吸附性能等做了系统的研究.采用表面活性剂软模板技术合成了具有大比表面积、大孔径、耐热稳定性高的MCM-41介孔分子筛,负载不同比例的Mn/Co(摩尔比是3:1、6:1及9:1,其中总负载量为10%),以氯苯催化燃烧为探针反应,筛选出活性最佳时的Mn/Co比例.活性评价实验结果表明,各催化剂的活性以下列顺序依次降低:MnCo(6:1)/MCM-41MnCo(9:1)/MCM-41MnCo(3:1)/MCM-41Mn/MCM-41Co/MCM-41,其中MnCo(6:1)/MCM-41活性最佳,在270 oC即可完全催化燃烧氯苯.耐久性实验结果显示,MnCo(6:1)/MCM-41在连续反应1000 h后,其活性没有降低,表明其具有非常良好的稳定性.XRD实验结果表明,在Mn/MCM-41及Co/MCM-41催化剂上分别检测到MnO_2及Co_3O_4的特征衍射峰.在MnCo(6:1)/MCM-41催化剂上,MnO_2及Co_3O_4的特征衍射峰消失,同时出现了MnCoOx的特征衍射峰,这是由于MnO_2及Co_3O_4的强相互作用经过焙烧后形成的,且MnCoO_x的特征衍射峰较小,表明双金属活性组分的分散比单金属催化剂好.N_2吸脱附结果显示,MCM-41的比表面积达到805.9 m~2/g,孔体积达到0.795 cm~3/g.负载活性组分后其比表面积及孔体积均有不同程度的减小,这是由于活性组分进入了MCM-41的孔隙.高分辨电镜结果表明,MCM-41具有均匀的介孔孔道结构,MnCoO_x在MCM-41表面的颗粒小,分散好.能谱扫描出Mn,Co,O等元素,表明活性组分成功地负载在MCM-41载体上.H_2-TPR表明,双金属催化剂的还原峰温较单金属催化剂低,表明其具有更好的氧化性能.CB-TPD结果表明,MnCo双金属催化剂脱附氯苯的温度高于单金属催化剂,说明氯苯与催化剂之间的相互作用更强,即双金属催化剂对氯苯的吸附能力更强,使得氯苯催化燃烧更加充分,因此其催化性能更好.同时,深入探讨了MnO_x,CoO_x,MnCoO_x和MCM-41之间的相互作用及对催化燃烧性能的影响.     

Cr/MCM-41催化剂的结构特征及其纳米尺寸孔内聚乙烯的形成

合成了纯硅MCM-41,并以浸渍法在表面负载烯烃聚合催化活性中心---过渡金属元素Cr;通过对所得Cr/MCM-41样品的结构特征及Cr物种的存在形成进行XRD,低温N2吸附,FTIR,Raman,^2^9SiNMR等表征发现,Cr/MCM-41具有良好的长程有序结构、较高的比表面积及均一的孔径分布。负载于MCM-41表面的Cr物种通过与羟基的相互作用分散于载体孔道内。Cr负载量较低时,Cr物种主要以孤立态存在,随着Cr含量增加,出现聚合态的Cr物种。Cr/MCM-41的一维孔道内,不仅可进行乙烯的聚合形成聚乙烯,而且反应后MCM-41的长程结构保持不变。     

高纯度中孔分子筛MCM-41的合成与表征

用不同pH值的混合物制备了不同孔径的全硅MCM-41和不同金属离子取代的M-MCM-41(M=Al,Mn,Fe和V)分子筛.这些试样均呈现MCM-41的X射线粉末衍射特征峰和Ⅳ型氮气吸附等温线,但混有不同含量的无定形氧化硅.样品中MCM-41晶体的含量与溶胶的pH值和所用表面活性剂的碳链链长有关.骨架硅的金属离子取代降低了MCM-41的有序度,并且(100)面衍射峰强度从Al到V依次减弱.     

苯基化纳米MCM-41材料的制备与表征

以苯基三甲氧基硅烷为偶联剂对纳米MCM-41分子筛进行了有机改性,制备了苯基改性的纳米MCM-41分子筛MCM-41(m)。利用元素分析、粉末XRD、傅里叶变换红外光谱、氮气吸附-解吸附、扫描电镜和差热-热重分析对制备产物进行了表征。粉末XRD结果表明,改性过程中,分子筛骨架未被破坏,并且所制备MCM-41(m)分子筛结晶度依然很高;傅里叶变换红外光谱表明苯官能团已经成功地接枝到了分子筛的孔道表面,且所得产物的骨架依然完好;低温氮气吸附-解吸附分析结果表明,MCM-41(m)分子筛孔道具有高度有序性,改性的纳米MCM-41分子筛孔道内的硅羟基与苯基三甲氧基硅烷发生了硅烷化反应,苯基成功地接枝到了分子筛的孔道表面。扫描电镜结果表明, 制得的苯基改性纳米MCM-41平均尺寸为110 nm。差热-热重分析结果说明了所制备的苯基化的纳米MCM-41样品具有良好的热稳定性,骨架稳定温度为823 ℃。苯基化的纳米MCM-41材料具有作为催化剂材料的潜在应用前景。     

MCM-41分子筛的改性、表面结构与吸附性质的研究

用三甲基氯硅烷、二甲基二氯硅烷、甲基三氯硅烷、四氯化硅与甲基碘改性高硅MCM-41中孔分子筛。XRD,^2^9SiMASNMR,^1^3CMASNMR,以及N~2、水与环己烷吸附的表征,显示改性不同程度地改变了分子筛的表面组成与结构,减小孔径,增加孔壁厚度,因而影响吸附行为,减小吸附容量。硅烷化减少了MCM-41的表面硅羟基含量,增加其疏水性。用CH~3I改性使孔径减小1.4nm,而硅羟基含量并未显著减少。硅烷化以及用CH~3I改性可提高MCM-41分子筛的热稳定性。SiCl~4的改性作用相对不明显。样品的水及环己烷吸附容量与其表面硅羟基含量呈现不同的线性关系,揭示高硅MCM-41分子筛表面吸附中心的本性。     

Ti-MCM-41催化剂的表面性质及介质极性对

用不同的铝源改性Ti MCM 41催化剂 ,得到了具有长程有序结构、n(Si) /n(Ti) =2 5的不同Si/Al比的改性Ti MCM 41.通过研究芳烃羟化反应随催化剂表面性质的变化规律发现 ,调变催化剂的表面性质 ,可控制反应物苯及目的产物苯酚与Al Ti MCM 41催化活性中心接近的程度 ,从而可实现对芳烃羟化反应化学选择性的控制 .介质极性对芳烃的化学亲和选择性也有影响 ,只有富含供电子氧原子且其极性大于苯的介质才有利于芳烃的羟化反应     

PtSn/Al2O3/MCM-41催化剂的丙烷脱氢催化性能

用微型催化反应装置评价, 并结合X射线粉末衍射(XRD)、表面积和孔结构测试、程序升温还原(TPR)、氢化学吸附和热重分析等方法研究了负载型PtSn/γ-Al2O3, PtSn/MCM-41和PtSn/Al2O3/MCM-41催化剂的丙烷脱氢反应催化性能. 发现PtSn/Al2O3/MCM-41催化剂具有较PtSn/MCM-41催化剂高的丙烷脱氢反应活性和较PtSn/γ-Al2O3催化剂高的反应稳定性. 实验结果表明, 纯硅MCM-41载体表面的锡物种因与载体相互作用较弱故易被还原, 导致铂金属分散度和催化剂的丙烷脱氢活性较低. 用Al2O3修饰MCM-41可以增强Sn物种与Al2O3/MCM-41载体之间的相互作用, 提高PtSn/Al2O3/MCM-41催化剂铂金属分散度和丙烷脱氢催化活性. 并且, 积炭后的PtSn/Al2O3/MCM-41催化剂具有较高的铂金属表面裸露度, 故具有较高的丙烷脱氢反应稳定性. PtSn/Al2O3/MCM-41催化剂优良的丙烷脱氢催化性能可能不仅与Sn-载体Al2O3/MCM-41较强的相互作用有关, 而且与Al2O3/MCM-41载体的介孔结构有关.     

Ti—MCM—41的结构特征与芳烃羟化反应的化学亲和选择性

以不同硅源合成了Si/Ti比不同的Si-Ti－MCM－41,并在引入Ti的同时引入Al,合成了Si/Al比不同的Si-Ti-Al-MCM-41。XRD、TEM、低温N2吸附的表征结果说明,Ti-MCM-41具有长程有序一维孔道,且比表面积较高,FT－IR光谱表征说明,Ti对骨架Si的取代使MCM－41表面出现缺陷羟基。Al的引入有利于Ti-MCM-41有序结构的形成。且可调变Ti-MCM-41的表面性质。Ti-MCM-41在不同极性芳烃化合物的羟化过程中表现出化学亲和选择性,且调变Ti-MCM-41的表面性质可实现对化学亲和选择性的控制。     

Transformation of Bio-oil into BTX by Bio-oil Catalytic Cracking

Production of benzene, toluene and xylenes (BTX) from bio-oil can provide basic feedstocks for the petrochemical industry. Catalytic conversion of bio-oil into BTX was performed by using different pore characteristics zeolites (HZSM-5, HY-zeolite, and MCM-41). Based on the yield and selectivity of BTX, the production of aromatics decreases in the following order: HZSM-5>MCM-41>HY-zeolite. The highest BTX yield from bio-oil using HZSM-5 reached 33.1% with aromatics selectivity of 86.4%. The reaction conditions and catalystcharacterization were investigated in detail to make clear the optimal operating parameters and the relation between the catalyst structure and the production of BTX.     

竞争反应避免苯和苯酚的羟化反应中产生焦油

通过引入竞争反应, 彻底地抑止了以过氧化氢为氧化剂进行的苯和苯酚的羟化反应过程中焦油的产生, 从而使得反应活性和催化剂的使用寿命都显著提高.     

助剂种类对Cu-MCM-41在苯羟基化反应中催化性能的影响

研究了苯过氧化氢直接羟基化制备苯酚反应中不同种类助剂对高铜含量(最高达26.0%)MCM-41催化性能的影响.结果表明,掺杂酸性助剂B和Al可使苯酚的选择性达到100%,氧化还原性助剂V和Cr可适当提高苯转化率,而Zr和Ti等元素对Cu-MCM-41的催化性能有抑制作用.根据自由基反应机理对不同助剂产生的影响进行了初步分析.     

共聚法和嫁接法制备二茂铁杂化介孔材料及其催化性能

 以桥联硅氧烷 1,1'-双[(2-三乙氧基硅基) 乙基]二茂铁 (BTEF) 和正硅酸乙酯为前驱体, 以十六烷基三甲基溴化铵为结构导向剂, 采用共聚法制备了二茂铁功能化的周期介孔有机硅烷材料 (PMO-Fc). 同时以 BTEF 为修饰剂, 以甲苯为分散剂, 采用嫁接法制备了 Fc-MCM-41 杂化介孔材料. 采用 N2 物理吸附、X 射线衍射、透射电镜和红外光谱等手段对材料进行了表征, 评价了其催化苯羟化反应活性. 结果表明, PMO-Fc 具有有序的二维六方形孔道结构, 较大的比表面积和孔体积, 在苯羟化反应中表现出比 Fc-MCM-41 更高的催化活性, 苯酚的选择性和收率分别为 65.3% 和 20.2%.     

MCM-41和HZSM-5协同催化对油菜秸秆热解的影响

以油菜秸秆为原料,采用两种方案分层布置催化剂(HZSM-5/MCM-41和MCM-41/HZSM-5),并与MCM-41和HZSM-5单独催化进行对比,从生物油品质和催化剂耐久性两个角度探究协同催化作用机理;对精制生物油有机相进行理化特性分析,采用FT-IR和GC-MS进行成分分析,对催化剂进行耐久性分析。结果表明,与单独催化相比,协同催化所得精制生物油液相产率略有降低,气相产率升高,精制生物油有机相理化特性进一步提高,其中,MCM-41/HZSM-5协同催化所得精制生物油有机相热值较高,为34.31 MJ/kg;精制生物油有机相中含有多种芳香族类物质和少量的羰基类物质,协同催化较单独催化能产生较多的烃类物质及较少的含氧芳香族类物质,其中,MCM-41/HZSM-5协同催化所得精制生物油有机相中烃类物质含量较高,且以单环芳香烃为主;HZSM-5分子筛在300-800℃有两个失重峰,MCM-41分子筛在300-800℃仅有一个失重峰,表明MCM-41催化剂上沉积的焦炭成分单一,较易去除,且协同催化后分子筛表面沉积的焦炭总含量较少。     

载体性质对Pd催化剂加氢脱硫性能的影响

以Si O2、全硅MCM-41(Si-MCM-41)、通过机械混合Si-MCM-41与ZSM-5得到的Z-MCM-41-M以及通过在ZSM-5外部包覆MCM-41制备得到的Z-MCM-41四种材料为载体,制备了四种负载型Pd催化剂。采用XRD、HRTEM、N2吸附-脱附、NH3-TPD手段对Pd催化剂进行了表征;以二苯并噻吩(DBT)为模型化合物,在固定床反应器上对四种催化剂的加氢脱硫(HDS)活性、加氢路径选择性和加氢裂化活性进行了考察,研究了不同类型载体对Pd催化剂加氢脱硫性能的影响。结果表明,载体的性质会显著影响负载型Pd催化剂的加氢脱硫性能。载体的比表面积对负载型Pd催化剂加氢脱硫活性影响不大,但是HYD路径的选择性与载体的孔道结构有关;具有介孔孔道结构有利于加氢路径选择性的提高。酸性载体负载的Pd催化剂表现出较好加氢脱硫活性和加氢选择性,这与氢溢流有关。介孔材料的孔道结构与微孔沸石的酸性有机结合,所得到的Z-M CM-41复合材料是是潜在的贵金属Pd加氢脱硫催化剂优良载体,可有效提升其加氢脱硫活性。     

Characterizations and Catalytic Properties of Transition Metal Ions Incorporated in Mesoporous Materials

Mesoporous materials typified by MCM-41 possess well-ordered mesoporous channels with controllable pore sizes from 2-30 nm, and are expected as desirable materials for catalysis.However, silicious mesoporous materials generally do not have sufficient intrinsic catalytic activities.Thus many studies have focused on introducing catalytically active sites. It is expected that different synthetic methods would result in different coordination structures of metal cations introduced in MCM-41, and thus different catalytic properties in catalytic reactions. The author's group has used two methods, i.e., direct hydrothermal synthesis (DHT) and template-ion exchange (TIE), for the syntheses of V-, Fe-, and Cr-MCM-41 and applied them as catalysts to selective oxidations of hydrocarbons. This paper highlights the characterizations of the coordination structures of these metal cations introduced into MCM-41 by the DHT and the TIE methods, and the structural-property relationships of these metal ion-containing MCM-41 materials in selective oxidation reactions.MCM-41 was prepared by hydrothermal synthesis using hexadecyltrimethylammonium bromide and sodium silicate as the sources of template and silicon, respectively. In the DHT method, metal cations were directly added into the synthesis gel before hydrothermal synthesis, while the exchanging of metal ions in ethanolic solutions with the template cations contained in the uncalcined MCM-41 was performed in the TIE method. XRD and N2-adsorption measurements showed that the mesoporous regularity was not destroyed with both synthetic methods for all the metal ion-containing MCM-41 with appropriate contents of metal cations.For V-MCM-41, the characterizations with mainly EXAFS suggested that V5+ cations were in tetrahedral coordination and mainly incorporated inside the framework of MCM-41 to substitute Si4+in the samples by the DHT method. Tetrahedrally coordinated Vanadyl species were also obtained by the TIE method, but the VO4 was dispersed on the wall surface of MCM-41. The V-MCM-41-DHT showed higher selectivity in the partial oxidations of C3H8 and i-C4H10 to alkenes and acrolein and methacrolein, but the V-MCM-41-TIE exhibited better catalytic activities in the partial oxidation of CH4 to HCHO and the oxidative dehydrogenation of C2H6.For Fe-MCM-41, EXAFS studies indicated that the DHT method also resulted in Fe3+ cations incorporated inside the framework of MCM-41 if iron content was lower than ca. 1 wt%. However,aggregated iron oxides with iron in octahedral coordination were mainly observed in the calcined Fe-MCM-41 by the TIE method. In the partial oxidation of CH4 to HCHO with O2 and the epoxidation of styrene with H2O2, the Fe-MCM-41 by the DHT method exhibits remarkably higher catalytic performances than that by the TIE method.Chromium could not be incorporated inside the framework of MCM-41 to substitute Si4+, and both synthetic methods led to surface chromate species. However, the DHT method resulted in only monochromate species on the wall surface of MCM-41 while polychromate species existed over the sample by the TIE method as indicated by the UV-Raman spectroscopic studies. The two types of Cr-MCM-41 exhibited distinctly different catalytic behaviors in the partial oxidation of CH4 with O2.The Cr-MCM-41-DHT was remarkably more selective towards HCHO formation.