有机-无机骨架杂化酸碱双功能高硅Y型沸石的制备和结构表征

以甲胺水溶液为改性剂, 高硅Y型沸石可在常温下吸附甲胺(MA)制备有机-无机杂化酸碱双功能高硅Y型沸石材料. X 射线粉末衍射(XRD), 固体²⁹Si魔角核磁共振(¹³C及²⁹Si MAS NMR)表征表明甲胺分子与高硅Y型沸石骨架相互作用导致沸石结构发生变化, 骨架上生成新的Si—N键及Si—OH. 以热重分析(TG/DTG), NH₃, CO₂程序升温脱附(NH₃-TPD和CO₂-TPD)研究杂化Y型沸石的酸碱性质及其经不同温度焙烧后的变化, 结果表明, 杂化后沸石的酸/碱量, 尤其是后者明显增大, 其原因是骨架上生成了新的Si—OH及Si—N键.     

Hβ沸石表面酸性质的研究

 采用四乙基氢氧化铵为模板剂,分别以铝酸钠和拟薄水铝石为铝源合成了β沸石,经硝酸铵溶液离子交换、柠檬酸处理及高温焙烧后制得Hβ沸石.采用NH3-TPD, 吡啶吸附态IR, 29Si NMR及27Al NMR技术研究了Hβ沸石的酸性位及脱铝与补铝过程. 结果表明,经柠檬酸处理后Hβ沸石酸强度减弱,总酸量增加,弱酸量增加的幅度大于强酸量增加的幅度,B酸量增加,L酸变化不明显. 柠檬酸处理具有脱铝与补铝的双重功能,脱铝可能主要发生在Si(2Al)位,补铝可能主要发生在Si(0Al)D位. Hβ沸石的酸性及酸度与β沸石的合成条件、离子交换条件及酸处理条件密切相关,在一定的Si/Al比(10~15)范围内, Hβ沸石的酸度决定于骨架硅的铝配位数及其分布.     

Y沸石的酸性

用^29Si MAS NMR(MAS为Magie Angle Spinning), 统计计算,NH3-TPD 等方法对(NH4)2·SiF6去铝补硅得到的高硅Y型沸石的酸位分布情况进行了研究, 并与典型酸催化反应数据相关联, 证实了Y型沸石的酸位强度取决于A1原子的周围环境, 即与次邻位A1原子数目n-NNN(NNN为Next Nearst Neighbor)有关, 沸石的强酸性来自次邻位无A1原子的AIO^-4四面体。 NH3-TPD法测量的沸石酸量和酸强度数据与^29Si MAS NMR 实验结果和统计计算得到的不同n-NNN A1位的分布是一致的。 随着A1含量减少, Y型沸石表面的总酸量是单调下降的。但强酸量却是先增加后下降, 在A1/(A1+Si)为0.15左右出现极大值。不同硅铝比的Y型沸石对典型的强酸性和弱酸性催化反应的活性变化规律亦与酸性相吻合。     

天然CXN沸石分子筛水热稳定性研究 II. 水蒸汽处理温度对铵型沸石物化性质的影响

在前文研究天然Stilbite沸石(CXN沸石)水热稳定性影响因素的基础上, 以27Al与29Si MAS NMR, NH3-TPD和低温氮吸附等详细研究了铵型CXN沸石骨架铝配位状态和硅配位状态, 表面酸性与孔性质等与水蒸汽处理温度的关系. 随温度升高, 沸石骨架硅铝比逐渐提高, 并伴随硅羟基缺陷增多. 经750 ℃水蒸汽处理3 h后沸石骨架硅铝比可达到21.3. 沸石总酸量随水蒸汽处理温度的提高而降低, 沸石骨架铝脱除造成沸石孔道部分被堵塞, 但同时形成有利于分子扩散的介孔.     

碱处理丝光沸石的表征及其催化合成乙基叔丁基醚的性能

 研究了碱处理对丝光沸石物相、酸性质和催化合成乙基叔丁基醚(ETBE)性能的影响,并采用XRD,NH3-TPD,吡啶吸附的IR,SEM和N2吸附等方法对其进行了表征. 结果表明,碱处理含有模板剂的丝光沸石的相对结晶度、酸量、比表面积和孔容都增大. 碱处理已脱除模板剂的丝光沸石的相对结晶度、酸量、比表面积和孔容都减小. 碱处理含有模板剂的丝光沸石催化合成ETBE的活性明显高于碱处理已脱除模板剂的丝光沸石,在80 ℃左右即可达到最高活性点,其催化异丁烯的最高转化率为58%,比未经碱处理样品上异丁烯的最高转化率高约13%.     

碱液后处理对纳米ZSM-5沸石孔道和酸度的影响

采用XRD、N2物理吸附、NH3-TPD以及TEM、IR和NMR手段,系统研究了NaOH碱液后处理对低硅铝比纳米ZSM-5沸石(Si/Al摩尔比为14.5、晶粒度为20～50 nm)孔道和酸度的影响.结果表明,在碱液中,低硅铝比纳米ZSM-5沸石主要发生限域脱硅,而且低硅铝比纳米ZSM-5沸石的碱液脱硅难度大于高硅铝比沸石.但在适当的碱液处理条件下(碱硅比为0.19～0.35,温度为60～80℃,处理时间为2～5 h)可以在其晶体内产生大量介孔,增加比表面积和孔容;同时增加弱酸和中强酸的浓度,并提高L酸比例.L酸的大量增加主要是由于产生了裸露的骨架铝(≡Alδ+),这与文献的观点有所不同.     

磷酸铝负载钾催化剂表面酸碱性质对邻苯二酚O-单醚化催化性能的影响

采用浸渍法制备了磷酸铝负载钾催化剂,通过X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、氮吸附实验、CO2和NH3的程序升温脱附(CO2-TPD和NH3-TPD)等手段对催化剂进行了表征.结果表明钾高分散在磷酸铝样品表面;加入少量钾后样品表面的酸中心和碱中心的量同时减少;而随着钾量的增加表面碱量没有明显变化,酸量显著下降.催化剂在以邻苯二酚和甲醇为原料气相法一步合成愈创木酚反应中的活性结果显示:加入少量钾的样品上愈创木酚的选择性显著提高,随着钾量的增加,愈创木酚的选择性进一步增加,邻苯二酚的转化率降低.关联表征结果:催化剂表面弱酸中心对提高邻苯二酚的转化率起着重要作用,而表面弱碱中心对提高愈创木酚的选择性有利.     

刊首语

采用FT-IR、 NH_3-TPD和~(27)Al MAS NMR等催化剂表征手段和间歇反应方法,系统研究了NaOH溶液(0.2～0.4mol/L)的碱改性和NaOH溶液与硝酸溶液(0.2 mol/L)的碱-酸组合改性对一种氢型Y沸石(Si/Al=7.5)的物化性质和环己酮肟液相贝克曼重排反应性能的影响.结果表明,碱改性具有脱硅作用,可使Y沸石的表面Bro¨nsted酸中心和Lewis酸中心数量显著增加.酸处理具有脱铝作用,可以选择性地脱除Y沸石中的一部分非骨架铝,从而降低碱改性催化剂的Lewis酸性.用0.2 mol/L NaOH溶液和0.2 mol/L硝酸溶液通过碱-酸组合改性得到的催化剂DeSiAl-Y-0.2在环己酮肟液相重排反应中表现出较好性能.在以苯甲腈为溶剂、反应温度和时间分别为130℃和3 h的条件下,其环己酮肟转化率和己内酰胺选择性都达到了82.9%,分别比Y沸石母体提高了18%和1.5%.在DeSiAl-Y-0.2催化剂上初步开展了反应条件和溶剂效应的研究工作,从中可以看出研制用于环己酮肟液相重排反应的Y型沸石催化剂的关键在于提高其己内酰胺选择性.     

THF-FER沸石的系列研究Ⅰ.晶体结构稳定性

四氢呋喃(THF)-Na2O-SiO2-Al2O3-H2O体系水热合成的THF-FER沸石,经酸交换-焙烧脱THF(Ⅰ)或焙烧脱THF-酸交换(Ⅱ)的不同方式处理,均可制得低钠H-FER沸石.经XRD,27Al与29Si MAS NMR,低温氮吸附等表征证明,通过1273 K高温的热处理和1073 K饱和水蒸气下的水热处理,H-FER沸石骨架保持高度稳定.在高温水蒸气作用下,Si(2Al)容易从骨架上脱离,而Si(1Al)则保持相对稳定.以(Ⅱ)方式处理,制备的H-FER沸石在水热条件下易产生较多的硅羟基缺陷.经高温热和水热处理后,H-FER沸石孔道结构基本保持完美、开放.     

含氟复合模板剂体系对Hβ沸石酸性的影响

 采用XRD,NH3-TPD,FT-IR和MAS NMR等表征技术和甲醇脱水探针反应研究了含氟复合模板剂体系对Hβ沸石酸性的影响. 与单四乙基溴化铵模板剂体系相比,含氟复合模板剂中的氟离子使铝更易于进入β沸石骨架,提高了沸石的总酸量、B酸/L酸比及强酸/弱酸比,使沸石表现出强的B酸酸性.     

REUSY-EX的酸性和催化性能的研究

用高真空重量吸附、~(29)SiMAS NMR、NH_3-TPD、P_y-IR和正庚烷裂解等方法研究稀盐酸萃取REUSY样品后,对该沸石的孔和骨架结构、酸性和催化裂化功能的影响。吸附及~(29)SiMASNMR的测定结果表明,稀盐酸可以萃取出一部分填充在沸石二次孔中的非骨架铝(EFAl)碎片。NH_3-TPD和P_y-IR的试验结果表明,稀盐酸萃取后,该沸石强、弱酸中心的强度和数目均有所增加。正康烷裂解反应的数据指出,REUSYEX的裂解活性和抗氮性能均较其母体REUSY为高。     

HZSM-5沸石孔口改性及其择形分离性能

采用Si(OCH~3)~4化学气相沉积方法精细调变HZSM-5孔径,焙烧后在沸石外表面上沉积一薄层氧化硅,使沸石孔口有控制地被缩小。制备了一系列氧化硅沉积量不同的SiHZSM-5沸石,并用红外光谱,NH~3-TPD和吸附方法对其进行表征,结果表明沸石骨架结构,内孔孔容和内表面性质基本不变。测定了SiHZSM-5沸石对于二甲苯和甲酚异构体的择形吸附性能,发现在沉积量适当的SiHZSM-5沸石上能够成功地实现对二甲苯和对甲酚的择形选择吸附分离,因为复合孔口缩小后将大的间位异构体排除在外,而沸石总吸附容量仍保持较高水平。     

固体多核 NMR 研究 Mo/Hβ-Al2O3 催化剂在烯烃歧化反应中的积炭

 采用固体多核 13C, 27Al 及 29Si MAS NMR 结合吸附气体 Xe 后的 129Xe NMR, 详细研究了乙烯和 2-丁烯歧化生成丙烯反应过程中 6%Mo/Hβ-Al2O3 催化剂上积炭的类型和落位. 结果表明, 积炭以饱和烷烃为主, 并随着反应的进行生成更多的支链烷烃, 积炭主要分布在 Hβ 分子筛上, 并主要落位在分子筛的交叉孔道处.     

HZSM-5型分子筛硅铝比对一步法合成二甲醚的影响

以Cu/Zn/Al(摩尔比为6∶3∶1)甲醇合成催化剂与HZSM-5型分子筛混合，制备了一步法二甲醚合成催化剂。通过改用三种不同Si/Al摩尔比（摩尔比为25、38和50）的HZSM-5型分子筛，考察了催化剂中脱水组分（HZSM-5分子筛）的酸性对二甲醚合成的影响。结果表明，随着催化剂Si/Al摩尔比的降低，分子筛的酸性增强，使得CO单程转化率提高。当催化剂Si/Al＝38时，CO对二甲醚的选择性最高，可达到68.13％，其次是催化剂Si/Al＝50，选择性最差的是Si/Al＝25的催化剂。在553 K、 3 MPa和4 000 h－1的条件下，Si/Al＝25和Si/Al＝38的催化剂CO单程转化率和DME的选择性接近一致。在此条件下，两者的时空产率达到试验的最大值，分别为0.38 gDME/(gcat·h)和0.36 gDME/(gcat·h)，在试验范围内，一步法合成二甲醚催化剂最佳的Si/Al摩尔比为25。     

Preformed precursor of microporous aluminophosphate coating on mesoporous SBA-15: synthesis, characterization, and catalytic property for selective O-methylation of catechol

The synthesis of mesoporous SBA-15 coated with the preformed precursor of microporous aluminophosphate (AlPO) has been reported. The physicochemical properties of the coated samples were investigated by using XRD, FT-IR, N(2)-adsorption, ICP, (29)Si MAS NMR, NH(3)-TPD and CO(2)-TPD. The characterization results suggest that the nanometer-scaled zeolite units are present on the wall surface of SBA-15, thus bringing the weak acid-base characteristics to the resulting mesoporous materials, and that the acid-base properties of these materials can be modified by the aging treatment in glycol. Moreover, vapor-phase O-methylation of catechol with methanol has been studied on these coated samples as catalysts. It is found that the coated sample bearing suitable weak acid-base sites exhibits the relatively high activity and selectivity to guaiacol.     

完善骨架全硅β沸石性质研究

以四乙基氢氧化铵为模板剂,正硅酸乙酯为硅源,静置水热法合成全硅β沸石 。用硝酸(13 mol/L)对硅铝比(Si/Al)为20的Na-β沸石回流脱铝。焙烧后的上述两 样品经粉末X射线衍射、低温氮吸附、核磁共振、红外光谱、吸附等温线等表征, 发现合成的全硅β沸石骨架与孔道结构完善并具有很高的表面疏水／亲有机物的吸 附特性。     

连续流动条件下含氮Beta分子筛催化甲缩醛-异丁烯Prins反应

采用高温氨气氮化法,制备了一系列含氮Beta分子筛样品,并在连续流动条件下,考察了其催化甲缩醛与异丁烯经Prins缩合制异戊二烯的反应性能.利用XRD、 N₂吸附/脱附、元素分析、 ²⁹SiMAS NMR、 NH₃-TPD、 CO₂-TPD和TG等方法对氮化分子筛的结构、酸碱性和反应后积碳进行了表征,研究了反应条件及样品的酸碱性对反应性能的影响.结果表明,以35%甲缩醛水溶液为反应物,在320℃、 2 MPa、异丁烯与甲缩醛摩尔比为7的适宜条件下,铵型Beta为前驱体制备的催化剂对甲缩醛的转化率达99%,异戊二烯的产率达85%.氮化后少量的酸性位和较多的碱性位有利于维持甲缩醛较高的转化率、较高的异戊二烯产率及较低的反应积碳量.催化剂再生6次后仍保持75%异戊二烯产率,样品中Si―N键削弱导致酸碱性变化是再生后反应性能下降的主要原因.     

不同模板剂含量MCM-49分子筛的CTAB修饰及在苯甲醚酰基化反应中的应用

芳香族化合物的Friedel-Crafts酰基化反应是制备芳香酮的一类重要反应,传统的Lewis酸(如AlCl3)和质子酸(如H2SO4)催化剂易制备,价格便宜,但存在对环境污染严重、与产物难分离等问题.因此,近年来研究者一直致力于环境友好催化剂的研发,其中分子筛因选择性好、与产物易分离、可再生和无污染等优点而日益受到人们的重视,尤其是MWW分子筛,由于具有较多的外表面酸性位,而在酰基化反应中表现出良好的抗积碳性能.本课题组曾讨论了对一系列不同模板剂(六亚甲基亚胺, HMI)含量的MCM-49分子筛进行NaOH与十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)共处理的情况,而本文重点考察的是只用CTAB处理不同HMI含量的MCM-49分子筛时,其结构与酸性会如何变化,改性前后样品的结构与酸性借助XRD, N2吸脱附等温线测试,29Si与27Al MAS NMR, NH3-TPD, Py-IR与漫反射傅里叶变换红外光谱(DRIFTS)等技术进行表征.另外,将一系列样品用于催化苯甲醚(AN)与乙酸酐(AA)的酰基化反应,考察CTAB处理对MCM-49分子筛催化性能的影响.将含模板剂HMI的MCM-49分子筛原粉在不同温度(250,350,450或550°C)下焙烧,得到一系列不同孔道系统内保留HMI的样品,随后采用CTAB溶液(0.27 mol/L)对其在70°C下进行后处理1 h.结构表征的结果表明,在脱除模板剂HMI及CTAB处理的过程中,分子筛骨架结构基本未被破坏,同时, CTAB处理不能向分子筛中引入任何形式的介孔,无论是晶内介孔还是晶间介孔.在CTAB处理时,可以清除分子筛中部分无定形物种,尤其是无定形Al物种,同时也可能发生部分非骨架Al原子重新进入分子筛骨架的情况,造成骨架铝的比例相对提高.根据29Si与27Al MAS NMR结果可以推断,进入分子筛骨架的Al原子可能会取代T3位置上的Si原子,亦或直接进入T2或T3位置缺陷位.酸性表征的结果表明, CTAB修饰后样品Br?nsted酸量比HMCM-49明显提高,并随HMI含量的逐渐降低呈现先增加后降低的趋势,而Lewis酸量则相对于HMCM-49有所降低.将一系列CTAB修饰前后的MCM-49样品用于催化AN与AA的酰基化反应,反应条件为：压力1.0 MPa、温度110°C、总质量空速WHSV(AN+AA)为10.2 h?1及原料中AN与AA的摩尔比为5：1.反应数据表明,相对于HMCM-49样品, CTAB修饰后样品对应的AA转化率显著提高(初始转化率由51.4%最高增加至85.0%),并随CTAB处理过程中HMI含量的逐渐降低呈现先增加后降低的趋势,而产物选择性则基本没有变化.各样品的AA初始转化率与其Br?nsted酸量基本呈现正向关联.通过间二甲苯歧化反应预积碳堵塞超笼及碱性探针分子2,4-二甲基喹啉吸附覆盖表面半超笼的方法,研究CTAB修饰前后各样品的不同孔道系统对酰基化反应的催化贡献.结果表明,酰基化反应主要发生在MCM-49分子筛的表面半超笼,其次为超笼,正弦孔道的贡献很小.另外, CTAB修饰后样品催化活性的提高主要来自于不含HMI的孔道系统的贡献,进一步验证在CTAB处理过程中,改性作用主要发生在MCM-49分子筛中不含HMI的区域.结合表征和反应评价结果,提高酰基化反应活性需尽可能提高催化剂的Br?nsted酸量,这是分子筛催化剂今后改进的一个主要方向.