以N,N’-二甲基乙二胺为模板剂合成磷酸硅铝分子筛DNL-6及其在催化中的应用（英文）

磷酸硅铝类分子筛由于其温和的酸性以及良好的热稳定性和水热稳定性在催化领域得到了广泛的应用.例如SAPO-34分子筛具有优异的催化甲醇制烯烃反应的催化活性,经过铜离子交换后的Cu-SAPO-34分子筛在选择性催化还原NOx过程中体现了良好的活性及稳定性.在磷酸硅铝分子筛的合成过程中往往需要使用有机胺或铵盐作为有机结构导向剂.导向剂起到了溶解原料、导向结构、匹配电荷、填充骨架空间等复杂的作用,因此开发新型的有机结构导向剂是调节磷酸硅铝分子筛晶相、形貌以及酸性位点分布的最重要的手段.DNL-6分子筛是由本课题组首次报道的具有RHO拓扑结构的磷酸硅铝分子筛,由于其丰富的酸位点以及适宜的孔口尺寸在CO_2/CH4和CO_2/N_2吸附分离过程中体现出良好的应用前景.此外由于DNL-6分子筛具有非常强的酸性(接近H-ZSM-5),在DNL-6分子筛上首次发现MTO反应过程中的活性中间体七甲基苯基碳正离子.截止目前为止二乙胺是唯一被报道的成功导向DNL-6分子筛的有机胺模板剂,在水热合成过程中必须使用阳离子表面活性剂以防止DNL-6分子筛的溶解与转晶,同时产品的组成调节困难。本论文主要报道了一种新型的有机胺模板剂N,N’-二甲基乙二胺在水热条件下成功导向具有很高的结晶度与较高的硅含量范围(20%–35%)的DNL-6分子筛,对DNL-6产物进行X射线衍射、X射线荧光分析、X射线光电子能谱、扫描电镜以及氮气物理吸附等一系列系统表征.热重分析表明DNL-6分子筛α笼中较大的模板剂容纳量(单位α笼中容纳4.4个模板剂分子)是成功得到具有超高硅DNL-6分子筛(硅摩尔含量达36.4%)的原因.结合固体魔角旋转核磁(13C,29Si,27Al,31P以及多量子27Al)对分子筛骨架的原子配位环境的分析以及XPS表征表明超高硅DNL-6分子筛具有复杂的硅环境分布,晶粒外表面以酸密度很低的大面积硅岛为主,沿晶粒半径方向向晶体内部硅含量逐渐下降同时硅岛面积逐渐减小,晶粒中心的硅环境主要以Si(4Al)为主.由于超高硅DNL-6分子筛较强的酸强度、合适的酸位点分布以及狭窄的孔道尺寸在甲醇氨化反应中得到了超过88%的甲醇转化率以及85%的甲胺+二甲胺选择性.     

RUB-13分子筛的合成及其甲醇制烯烃催化性能

采用水热法合成RUB-13分子筛,探讨了有机模板剂(OSDA)、硅源、晶化温度和水硅比等制备条件对RUB-13分子筛晶体结构的影响,考察了RUB-13分子筛在甲醇制烯烃(MTO)反应中的催化性能。结果表明,采用1,2,2,6,6-五甲基哌啶(PMP)为有机模板剂、白炭黑为硅源,在晶化温度为170℃的条件下,选择H2O/Si比为100和80时可分别合成出高纯度的低硅铝比(Si/Al=100)和高硅铝比(Si/Al=200)的RUB-13分子筛晶体,且晶粒呈棒状形貌。H-Al-B-RUB-13(Si/Al=200)分子筛用于催化甲醇制烯烃反应时,在400℃下表现出高的低碳烯烃选择性(C2=-5选择性达97. 8%,丙烯选择性为54. 5%),优于传统的H-SAPO-34和H-ZSM-5分子筛催化剂。     

RUB-13分子筛的合成及其甲醇制烯烃催化性能

采用水热法合成RUB-13分子筛，探讨了有机模板剂（OSDA）、硅源、晶化温度和水硅比等制备条件对RUB-13分子筛晶体结构的影响，考察了RUB-13分子筛在甲醇制烯烃（MTO）反应中的催化性能。结果表明，采用1，2，2，6，6-五甲基哌啶（PMP）为有机模板剂、白炭黑为硅源，在晶化温度为170℃的条件下，选择H₂O/Si比为100和80时可分别合成出高纯度的低硅铝比（Si/Al=100）和高硅铝比（Si/Al=200）的RUB-13分子筛晶体，且晶粒呈棒状形貌。H-Al-B-RUB-13（Si/Al=200）分子筛用于催化甲醇制烯烃反应时，在400℃下表现出高的低碳烯烃选择性（C_2-5⁼选择性达97.8%，丙烯选择性为54.5%），优于传统的H-SAPO-34和H-ZSM-5分子筛催化剂。     

SAPO-35分子筛的合成及其甲醇制烯烃反应性能

以六亚甲基亚胺为模板剂,采用水热法合成了不同硅含量的磷酸硅铝分子筛SAPO-35,并利用X射线衍射、X射线荧光光谱、扫描电镜、固体核磁、X射线光电子能谱和N₂吸附-脱附等方法对样品进行了表征.研究了不同硅含量的SAPO-35分子筛在甲醇转化制烯烃反应中的催化行为,同时对比分析了具有相近硅含量的SAPO-35和SAPO-34分子筛在甲醇转化反应过程中积炭物种随反应时间的演变特征,尝试将分子筛结构和其积炭失活行为进行了关联.     

用氟化氢－三乙胺复合模板剂合成SAPO－34分子筛

 采用X射线衍射、扫描电镜、氨吸附红外光谱及核磁共振等表征手段，研究了以氟化氢－三乙胺为复合模板剂合成的SAPO－34分子筛．结果表明，相对于用三乙胺模板剂合成的样品，用氟化氢－三乙胺复合模板剂合成的样品结晶度高，晶粒小，分子筛的酸量低，骨架中硅结构单一，比表面积和孔体积较大．以氟化氢－三乙胺复合模板剂合成的分子筛，在催化甲醇制低碳烯烃反应中结焦速率降低，生成乙烯及丙烯的选择性则略有提高．     

磷酸硅钴铝分子筛（CoAPSO—11）的结构与性能

以二异丙胺为模板剂,用水热法合成了磷酸硅钴铝分子筛(CoAPSO-11)纯相,测定了其化学组成。通过X射线衍射、电子探针、扫描电镜及红外光谱等对其结构进行了分析,证实Co、Si进入AlPO-11分子筛的骨架。同时对其吸附性、热稳定性、酸性和催化性能进行了研究。     

胆碱和*BEA分子筛在硅锗铝IWR分子筛制备中的协同导向效应

分子筛的制备过程一般需要结构导向剂的参与.结构导向剂主要包括碱(土)金属离子、有机胺或季铵盐为代表的有机模板剂和固体晶种等三类.研究合成凝胶中不同结构导向剂之间的作用对于理解分子筛晶化机理意义重大.以往的研究大都集中在模板剂-模板剂、模板剂-碱(土)金属离子和模板剂-同晶之间的相互作用,迄今尚未有模板剂-异晶之间相互作用研究的报道.我们研究组首次发现模板剂和异晶在分子筛制备中存在协同导向效应.在硅锗铝IWR分子筛的合成中,我们考察了不同的季铵碱模板剂和铝源,发现只有使用胆碱作模板剂、*BEA分子筛作铝源才可以成功制得目标分子筛,相同条件下不加入*BEA分子筛或换用MOR、ZSM-5、MCM-22、USY分子筛及异丙醇铝等铝源都无法合成得到IWR分子筛.这说明*BEA分子筛在IWR分子筛的制备中起到了其他铝源所不具备的结构导向作用,因此我们称之为合成IWR分子筛的"异晶".为了研究胆碱和*BEA分子筛之间的相互作用,进而揭示模板剂-异晶协同导向制备分子筛的一般规律与反应机理,我们制备了不同晶化时间的IWR分子筛样品,使用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-拉曼光谱(UV-Raman)、固体核磁共振(MAS NMR)和N2物理吸附等手段对这些样品进行了表征.结果显示,加热过程中*BEA分子筛首先发生溶解解离, 72 h后该分子筛相完全消失;12 h开始出现CDO分子筛相,随着晶化时间延长, CDO分子筛先增多后减少,在24 h时达到最大值, 120 h时消失,说明该分子筛是晶化过程的一个中间相;IWR分子筛在12 h开始出现,此后结晶度不断升高,至168 h晶化完全.在上述表征的基础上,我们提出了模板剂-异晶协同导向制备IWR分子筛的晶化机理.IWR分子筛的晶化分为以下5个步骤:(1)*BEA分子筛溶解解离得到硅铝4元环、5元环和6元环等结构单元;(2)胆碱诱导形成硅锗5元环结构单元;(3)硅锗5元环组装生成CDO分子筛;(4)CDO分子筛溶解解离形成硅锗5元环;(5)*BEA分子筛导向的结构单元与胆碱导向的结构单元重组生成IWR分子筛.其中,步骤3和4是一对可逆反应,且可与步骤5同时进行;随着反应物原料的不断消耗,步骤5占据主导,从而导致CDO分子筛完全消失和IWR分子筛的结晶完成.由于胆碱只导向生成5元环结构单元,而构成IWR分子筛骨架结构的4元环和6元环只能由*BEA分子筛提供,因而模板剂和异晶在反应中都不可或缺,二者起到协同导向的作用.分析发现,*BEA分子筛与IWR分子筛具有共同的结构单元(4、5、6元环)和一定的结构相似性是其可以成为异晶、发挥协同导向作用的关键.上述协同导向法的关键在于模板剂和异晶分别导向生成部分结构单元,再经重组得到目标分子筛.这种方法有望用于合成通过传统水热法难以得到的分子筛,并且为新结构分子筛的开发提供新思路.使用协同导向法制备更多种类分子筛的研究正在进行中.     

不同结构导向剂合成不同硅含量SAPO-34分子筛的酸性质（英文）

SAPO-34分子筛由于其独特的拓扑结构和适宜的酸性,在以甲醇制烯烃(MTO)和氨气选择性催化还原NO_x(NH₃-SCR)为代表的系列催化反应中显示了优良的性能,因此吸引了研究者的广泛关注。但是,在合成过程中如何通过选择有机模板和控制硅含量来得到合适酸量的SAPO-34催化剂是极具挑战的。本文中,四个系列的SAPO-34分子筛,即分别由四乙基氢氧化铵(TEAOH)、二异丙胺(DIPA)、正丁胺(nBA)和吗啉(MOR)为有机模板剂合成不同硅含量的样品,通过热重量分析(TG),结构精修和固态核磁进行了研究。TG和结构精修结果显示在TEAOH和DIPA合成的SAPO-34分子筛cha(一种复合结构单元)笼子中只有一个结构导向剂而MOR和nBA合成的SAPO-34分子筛的cha笼中有两个。采用固态核磁氢谱(~1H ss-NMR)探究碱性探针分子氘代乙腈(CD₃CN)和分子筛骨架之间主客体的相互作用,并对其酸性(酸量和酸强度)进行了系统的研究。例如,TEAOH合成的SAPO-34分子筛随着硅含量的增加酸强度增加而酸量却保持着不变...     

介孔分子筛的酸性和水热稳定性

介孔分子筛材料在催化、吸附与分离以及化学组装制备先进材料和分子器件等方面具有潜在的应用价值.但是,由于介孔分子筛材料较低的水热稳定性和较弱的酸性,极大地影响了其在催化研究中的广泛应用.本文系统地综述了最近几年在提高介孔分子筛酸性和水热稳定性的研究工作.其中包括:(1)将超酸组份负载于介孔分子筛的孔道中以达到提高介孔分子筛材料的酸强度的目的;(2)通过在合成介孔分子筛的过程中加入无机盐和有机胺等助剂或采用合适的后处理方法以提高介孔分子筛的水热稳定性;(3)通过新型模板剂来合成具有较高水热稳定性的介孔分子筛材料;(4)利用具有沸石分子筛基本结构单元的沸石分子筛导向剂与表面活性剂自组装来合成具有强酸中心和高温水热稳定的介孔分子筛材料.     

钛硅分子筛中铝杂质对其性能的影响

 以四丙基溴化铵为模板剂,以硅溶胶为硅源,采用水热合成法制备了不同铝杂质含量的钛硅分子筛,并系统考察了铝杂质对钛硅分子筛性能的影响．结果表明,原料中的铝杂质可促进钛硅分子筛晶化,但同时也引入了酸性中心;在丙烯环氧化反应中,铝杂质形成的酸性中心会催化环氧丙烷与溶剂的副反应;加入少量碱性添加物可抑制铝杂质的酸催化作用,提高环氧丙烷的选择性,但过量碱性添加物会使钛硅分子筛失活．     

Microwave synthesis,characterization and catalytic properties of titanium-incorporated ZSM-5 zeolite

Titanium-incorporated ZSM-5 zeolites (Si/Al = 50–200 and Si/Ti = 70) were successfully synthesized in a one-step sol-gel process under microwave irradiation. The characteristics of Ti-ZSM-5 zeolites were investigated using X-ray power diffraction, UV/Vis-DRS, FT-IR spectroscopy and solid-state ²⁷Al-NMR to monitor the physico-chemical properties. Simultaneously, the acidic properties were characterized by the NH₃-TPD profile. The characterization results revealed that the Ti⁴⁺ and Al³⁺ ions were well incorporated into the framework of Ti-ZSM-5 zeolite. The prepared zeolite was moderately active but selective in the dehydration of methanol to dimethyl ether.     

四丙基氢氧化铵改性纳米HZSM-5分子筛及其在甲醇制汽油中的催化性能

采用四丙基氢氧化铵(TPAOH)溶液对纳米ZSM-5分子筛进行改性, 运用X射线衍射、扫描电镜、²⁷Al和²⁹Si固体核磁、X射线光电子能谱、N₂物理吸附脱附法和NH₃程序升温脱附等手段对所制样品进行了表征, 并评价了其催化甲醇制汽油反应性能. 结果表明, 改性后的HZSM-5相对结晶度增加, 晶体形貌更加规整, 表面硅铝比增加, 比表面积和微孔表面积增大, 强酸位酸量增多. 同时, TPAOH改性不仅可以使分子筛脱硅脱铝, 而且伴有二次晶化补硅补铝, 改变了分子筛的硅铝分布. 改性的HZSM-5在甲醇制汽油反应中的稳定性大幅度提高, 其寿命由70h增至170h以上, 随着TPAOH处理时间的增加, 催化剂寿命增加, 氢转移反应加快, 导致油相产品中异构烷烃增多, 烯烃减少.     

系列硅铝比纳米薄层ZSM-5分子筛的合成和表征

以自制不对称双子季铵盐表面活性剂为模板, 在水热合成体系中控制合成系列硅铝比纳米薄层ZSM-5分子筛.采用X射线衍射(XRD)、N₂吸附-脱附、X射线荧光光谱(XRF)、扫描电镜(SEM)和²⁷Al魔角旋转核磁共振(²⁷Al MAS-NMR)对合成的样品进行了表征. 详细研究了晶化温度、晶化时间、结构导向剂(SDA)用量、碱度等对合成的影响和纳米薄层ZSM-5分子筛的形成过程. 结果表明: 分子筛硅铝比越高, 结构导向剂用量越大, 所需的晶化时间越短; 晶化温度越高, 晶化时间越短; 且不同硅铝比纳米薄层ZSM-5分子筛的形貌规整度、比表面积和介孔/微孔孔容比例随着硅铝比而变化.     

Silicon/aluminum and oxygen/nitrogen ordering in lanthanum U−phase (La3Si3Al3O12N2)

High-resolution ²⁹Si, ²⁷Al, ¹⁵N, and ¹⁷O MAS NMR spectra have been obtained for both glass and crystalline samples of lanthanum U-phase, La₃Si₃Al₃O₁₂N₂. Previous X-ray single-crystal studies have shown that this phase is iso-structural with rare-earth gallogermanates of the type Ln₃Ga₅GeO₁₄, the atomic arrangement consisting of layers of [(Si,Al)(O,N)₄] tetrahedra in the x, y plane of the hexagonal unit cell, linked together in the z-direction by [AlO₆] octahedra, with rare-earth cations occupying the large holes in this network. However, previous studies obtained only a limited amount of information about cation and anion ordering, mainly deduced from bond-length data. NMR spectra have not only enabled the change in structure from glass to crystalline ceramic to be monitored, but have also given detailed ordering information about the latter, indicating partial disorder of both (Si,Al) and (O,N) on their respective sites in the tetrahedra.     

Solid-state Al and Si NMR characterization of hydrates formed in calcium aluminate-silica fume mixtures

Partially deuterated Ca₃Al₂(SiO₄)_y(OH)_12−4y-Al(OH)₃ mixtures, prepared by hydration of Ca₃Al₂O₆ (C₃A), Ca₁₂Al₁₄O₃₃ (C₁₂A₇) and CaAl₂O₄ (CA) phases in the presence of silica fume, have been characterized by ²⁹Si and ²⁷Al magic-angle spinning-nuclear magnetic resonance (MAS-NMR) spectroscopies. NMR spectroscopy was used to characterize anhydrous and fully hydrated samples. In hydrated compounds, Ca₃Al₂(OH)₁₂ and Al(OH)₃ phases were detected. From the quantitative analysis of ²⁷Al NMR signals, the Al(OH)₃/Ca₃Al₂(OH)₁₂ ratio was deduced. The incorporation of Si into the katoite structure, Ca₃Al₂(SiO₄)_3−x(OH)_4x, was followed by ²⁷Al and ²⁹Si NMR spectroscopies. Si/OH ratios were determined from the quantitative analysis of ²⁷Al MAS-NMR components associated with Al(OH)₆ and Al(OSi)(OH)₅ environments. The ²⁹Si NMR spectroscopy was also used to quantify the unreacted silica and amorphous calcium aluminosilicate hydrates formed, C-S-H and C-A-S-H for short. From ²⁹Si NMR spectra, the amount of Si incorporated into different phases was estimated. Si and Al concentrations, deduced by NMR, transmission electron microscopy, energy dispersive spectrometry, and Rietveld analysis of both X-ray and neutron data, indicate that only a part of available Si is incorporated in katoite structures.     

Characterization and acidic properties of Al-SBA-15 materials prepared by post-synthesis alumination of a low-cost ordered mesoporous silica

A series of Al-containing SBA-15 type materials with different Si/Al ratio, were prepared by post-synthesis modification of a pure highly ordered mesoporous silica SBA-15 obtained by using sodium silicate as silica source, and amphiphilic block copolymer as structure-directing agent. A high level of aluminum incorporation was achieved, reaching an Si/Al ratio of up to 5.5, without any significant loss in the textural properties of SBA-15. These materials were fully characterized by powder X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), ²⁷Al NMR spectroscopy, and N₂ adsorption at 77 K. The acid properties of these materials have been evaluated by NH₃-TPD, adsorption of pyridine and deuterated acetonitrile coupled to FTIR spectroscopy. The effective acidity of these materials was evaluated using two catalytic reactions: 2-propanol dehydrogenation and 1-butene isomerization. The adsorption of basic probe molecules and the catalytic behavior revealed an evolution of the acid properties with the Al content. These studies have shown that the Al-SBA-15 materials contain Brønsted and Lewis acid sites with medium acidity which makes them appropriate to be used as acid catalysts in heterogeneous catalysis, catalytic supports, and adsorbents.     

AlMCM-41介孔分子筛的合成及表征

以拟薄水铝石为铝源、水玻璃为硅源、十六烷基三甲基溴化铵为模板剂,在110℃时水热晶化合成了含Al的MCM-41介孔分子筛.采用X射线衍射(XRD)、N2吸附-脱附、固体29Si、27Al魔角旋转核磁共振技术(MASNMR)、扫描电镜(SEM)及吡啶吸附傅里叶变换红外(FTIR)光谱技术对AlMCM-41分子筛进行了表征.结果表明:AlMCM-41分子筛具有六方排列的孔道结构,同时具有很高的相对结晶度、比表面积和孔容,且孔分布单一;AlMCM-41分子筛中Si原子在骨架内键合的程度更高,使AlMCM-41分子筛具有更好的骨架晶化程度;同时具有四配位骨架铝,使AlMCM-41介孔分子筛具有适当的酸性.     

Synthesis and structural characterization of Al7C3N3-homeotypic aluminum silicon oxycarbonitride, (Al7−xSix)(OyCzN6−y−z) (x∼1.2, y∼1.0 and z∼3.5)

A new aluminum silicon oxycarbonitride, (Al_5.8Si_1.2)(O_1.0C_3.5N_1.5), has been synthesized and characterized by X-ray powder diffraction (XRPD), transmission electron microscopy (TEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) and electron energy loss spectroscopy (EELS). The title compound is hexagonal with space group P6₃/mmc and unit-cell dimensions a=0.322508(4) nm, c=3.17193(4) nm and V=0.285717(6) nm³. The atom ratios of Al:Si and those of O:C:N were, respectively, determined by EDX and EELS. The initial structural model was successfully derived from the XRPD data by the direct methods and further refined by the Rietveld method. The crystal is most probably composed of four types of domains with nearly the same fraction, each of which is isotypic to Al₇C₃N₃ with space group P6₃mc. The existence of another new oxycarbonitride (Al_6.6Si_1.4)(O_0.7C_4.3N_2.0), which must be homeotypic to Al₈C₃N₄, has been also demonstrated by XRPD and TEM.     

Catalytic Disproportionation of Methyltrichlorosilane by AL-MCM-41 to Prepare Dichlorodimethylsilane

Abstract

Al-MCM-41 samples with various Si/Al ratios were prepared and then used to disproportionate methyltrichlorosilane (MTS) to produce dichlorodimethylsilane (DMCS). The catalysts were characterized by FT-IR, X-ray powder diffraction (XRD), ²⁷Al magic angle spinning nuclear magnetic resonance (²⁷Al MAS NMR), inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy (ICP-AES), and N₂ absorption–desorption. It reveals that all samples show the hexagonal structure of MCM-41 and exhibit large BET surface areas (over 842 m²·g^?1). FT-IR spectra of pyridine adsorption demonstrates that Al-MCM-41 samples have Lewis (L) and Brønsted (B) acidic sites, and the B acidic sites are stable in the temperature ranging from 423 to 623 K. The effects of aluminum content and temperature on the disproportionation reaction were also investigated. The results show that the Al-MCM-41 with the Si/Al ratio of 15:1 exhibits an excellent activity with 100% conversion of MTS and 47% selectivity of DMCS at 623 K under atmospheric pressure.