多级孔钛硅分子筛的制备及应用进展

以钛硅分子筛(TS-1)为催化剂的选择性催化氧化工艺具有反应条件温和、产物选择性高及环境污染小等特点,促进了烃类催化氧化反应的绿色化发展.但常规TS-1分子筛狭窄的孔道限制了其在大分子催化氧化反应中的应用.多级孔TS-1分子筛为包含不同尺度的孔道结构的晶体沸石,兼具微孔分子筛晶体优异的水热稳定性和介孔材料优异的扩散传输性能,因此其受到国内外众多专家学者的广泛关注.多级孔TS-1分子筛的制备方法很多,主要有直接合成法和后处理法,其中直接合成法包括硬模板法、软模板法和自组装法,而后处理制备主要为碱处理法.我们在对多级孔TS-1分子筛制备方法进行归纳总结的基础上,探讨不同制备方法对分子筛中钛硅物种分布、孔道结构及催化烃类选择性氧化反应性能的影响.结合目前TS-1分子筛应用现状,对其未来发展进行展望.     

双杂原子介孔材料的合成及催化应用

在强酸性条件下,采用沸石前驱体溶液与表面活性剂自组装的方法,合成双杂原子掺杂的介孔催化材料Sn/Ti-MS-1. 表征结果显示,Sn/Ti-MS-1具有典型的介孔结构,骨架中含有TS-1沸石的结构单元. 在苯酚和2,3,6-三甲基苯酚的双氧水氧化反应中,焙烧前后的Sn/Ti-MS-1均表现出了良好的催化反应活性,表明其钛物种具有良好的热稳定性,并且在大分子氧化反应应用中具有明显的优势. 同时,这种Sn/Ti双杂原子介孔材料显示了较快的催化反应速率.     

等级孔介孔-微孔TS-1分子筛单晶的合成及催化氯丙烯环氧化性能

针对当前钛硅型分子筛存在的微孔孔道孔径限制导致的流通扩散性能差及催化效率低等关键瓶颈问题, 通过在微孔分子筛中构筑跨尺度贯通高物质传输性能的等级孔道结构, 对钛硅分子筛(TS-1)晶体内等级孔道结构的可控构筑及其催化环氧化进行了研究, 成功制备出具有富含介孔孔道的等级孔介孔-微孔TS-1分子筛单晶材料(HTS-1), 其在氯丙烯催化环氧化反应中表现出了优异的催化活性及稳定性能.     

Au／TS-1@Mesosilica双功能催化材料的制备及其催化丙烯直接环氧化性能

设计制备了一种新型微孔介孔复合核壳结构钛硅分子筛TS-1@Mesosilica（TS-l@Ms）,核为MFI结构钛硅分子筛TS-1,壳层为以非离子表面活性剂P123为模板剂组装形成的介孔氧化硅．壳层氧化硅具有三维蠕虫状孔道结构,有利于微孔和介孔部分的连通及反应物和产物的扩散．通过沉积沉淀法将金纳米粒子负载在壳层介孔孔道,和TS-1中的钛活性中心协同,形成适合于C3H6和H2、O2直接气相环氧化制备环氧丙烷（PO）的双功能催化材料．实验结果表明,Au／TS-1@MS在空速8000mLg-h、温度473K条件下连续反应132h,活性和选择性没有明显下降,丙烯转化率保持在3．7％左右,PO选择性87％以上．     

介孔材料在烯烃环氧化中的催化应用

本文综述了介孔材料在烯烃环氧化反应中的应用,包括材料的制备方法、催化性能以及活性中心的表征.通过硅钛原子的合理匹配可以达到四配位钛的高度分散,从而提高催化活性.硅烷化处理增加材料表面的疏水性,能够大幅度提高活性和选择性.通过多种谱学和分子模拟等手段可表征骨架钛及其配位情况.     

氢氧混合体系下Ag／TS－1催化剂上丙烯的高效环氧化反应

 在氢氧混合体系中，沉积-沉淀法制备的Ag/TS-1催化剂对丙烯环氧化反应具有高的催化活性和选择性。本文主要考察了载体TS-1的硅钛比和反应温度对催化剂性能的影响。结果表明：当载体TS-1硅钛比为64，反应温度150℃时，2wt%Ag/TS-1催化剂表现出优异的催化性能，丙烯转化率和环氧丙烷选择性可分别达1.37%和93.51%。     

介孔材料在烯烃环氧化中的催化应用

本文综述了介孔材料在烯烃环氧化反应中的应用,包括材料的制备方法、催化性能以及活性中心的表征。通过硅钛原子的合理匹配可以达到四配位钛的高度分散,从而提高催化活性。硅烷化处理增加材料表面的疏水性,能够大幅度提高活性和选择性。通过多种谱学和分子模拟等手段可表征骨架钛及其配位情况。     

氨基酸辅助合成高活性六配位钛物种的TS-1分子筛

TS-1分子筛是以TO4(T=Si,Ti)四面体为基本单元,通过氧桥连接而形成的具有MFI拓扑结构的微孔晶体材料,其在催化烯烃环氧化、酮类氨肟化、氧化脱硫及芳香烃羟基化等氧化反应中表现出较好的催化活性.目前,提高TS-1分子筛催化性能的方法主要包括:(1)制备纳米和多级孔TS-1分子筛,以提高其扩散传质性能;(2)提高TS-1分子筛的钛含量并抑制锐钛矿相的产生,以增加其催化活性位点.最新研究表明,相比于传统四配位钛物种(TiO4)作为催化活性中心,六配位(TiO6)钛物种在烯烃环氧化反应中具有更高的催化活性,可进一步降低反应活化能,最终实现高效催化转化.然而,TiO6物种结构中的Ti-OH组分,易导致开环反应发生,从而降低环氧化产物的选择性.因此,构筑高活性TiO6物种及调变TiO4/TiO6比例,对提高烯烃转化率及环氧产物选择性具有重要意义.当前,高活性钛物种的结构表征及其构筑已成为研究热点且仍面临挑战.本文协同采用氨基酸辅助合成策略和两步晶化方法,成功地制备出具有TiO4和TiO6物种且无锐钛矿相的多级孔TS-1分子筛.在该协同策略中,两步晶化过程有利于抑制锐钛矿相的形成,而氨基酸的引入对高活性TiO6物种的构筑具有重要作用.氨基酸分子可与钛原料形成螯合物,为TS-1分子筛晶化提供"养料",并有效平衡晶体成核与生长速率及稳定TiO6物种,最终实现制备富含TiO6物种的多级孔TS-1分子筛.相比于传统TiO4物种作为催化活性中心(1-己烯的转化率<25％,环氧化产物选择性>95％),本文所制备的TS-1分子筛(Si/Ti=36.9)因其兼具TiO4和TiO6物种,在1-己烯环氧化反应中表现出更好的催化性能(1-己烯的转化率33％,环氧化产物选择性95％).这是由于TiO4物种不会导致开环反应的发生,因此可以保证较高的环氧产物选择性,而TiO6物种经H2O2活化后,可形成具有更高活性及更小位阻效应的催化中心,极大提高了1-己烯转化率.综上,本文合成策略为构筑具有高活性钛物种及多级孔结构的钛硅分子筛提供了指导作用,为调控硅铝酸盐及硅取代磷酸铝分子筛材料活性位点的含量和分布提供了新思路.     

介孔材料在烯烃环氧化中的催化应用

本文综述了介孔材料在烯烃环氧化反应中的应用，包括材料的制备方法、催化性能以及活性中心的表征。通过硅钛原子的合理匹配可以达到四配位钛的高度分散，从而提高催化活性。硅烷化处理增加材料表面的疏水性，能够大幅度提高活性和选择性。通过多种谱学和分子模拟等手段可表征骨架钛及其配位情况。     

钯负载介孔氧化锆基复合催化材料的合成与表征

利用表面活性剂辅助模板及适当后处理工艺实现了少量贵金属氧化钯及稀土氧化铈在有序介孔氧化锆孔道中或孔道表面的均匀分散/负载. 借助XRD, TEM, EDS等分析手段进行样品结构表征; 同时针对不同催化体系探讨了丙烯催化氧化以及Heck反应的催化性能. 研究结果表明, 贵金属钯/稀土氧化铈负载的有序介孔氧化锆体系对丙烯氧化具有良好催化活性, 钯直接负载介孔氧化锆的体系具有优异的Heck反应催化选择性及较少的催化剂使用量.     

具有MFI骨架结构的介孔钛硅材料的合成、表征和催化性能

利用介孔碳作硬模板合成出具有MFI骨架结构的介孔钛硅材料. 该样品复制了类似SBA-15的介孔结构, 同时骨架含有MFI微孔结构. 透射电镜表征结果表明, 样品表面还有部分大孔结构. 催化结果证明了该样品既具有介孔材料较大孔道结构, 又保持了微孔钛硅材料的高活性.     

Synthesis, structure, and reactivity of a new Ti-containing microporous/mesoporous material

A new class of porous, mixed phase titanosilicate materials containing a microporous TS-1 phase and a mesoporous Ti-MCM-48 phase has been successfully synthesized. A novel, one-pot synthesis method was used in which the organic templates for the mesoporous and microporous phases were added sequentially to the same reaction mixture, followed by crystallization at 150 degrees C. The gemini surfactant 18-12-18 was used to form the Ti-MCM-48 mesophase; subsequent addition of tetrapropylammonium cation (TPA+) led to the formation of TS-1. The relative amounts of the two phases within the final products were controlled by optimizing the crystallization time. Crystallization times between 12 and 50 h gave materials containing both phases, with an increasing amount of microphase formed at longer crystallization times. These materials, called "Ti-MMM-2" (microporous/mesoporous materials) were characterized using powder XRD, N2 physisorption, TEM, FTIR, DR-UV/Vis spectroscopy, and 29Si MAS NMR. In the epoxidation of cyclohexene with tert-butyl hydroperoxide (TBHP), Ti-MMM-2 samples exhibited higher catalytic activity (approximately 61%) than either TS-1 (16%) or Ti-MCM-48 (42%), with a very high selectivity (97%) for formation of cyclohexene oxide.     

Immersion calorimetry as a tool to evaluate the catalytic performance of titanosilicate materials in the epoxidation of cyclohexene

Different types of titanosilicates are synthesized, structurally characterized, and subsequently catalytically tested in the liquid-phase epoxidation of cyclohexene. The performance of three types of combined zeolitic/mesoporous materials is compared with that of widely studied Ti-grafted-MCM-41 molecular sieve and the TS-1 microporous titanosilicate. The catalytic test results are correlated with the structural characteristics of the different catalysts. Moreover, for the first time, immersion calorimetry with the same substrate molecule as in the catalytic test reaction is applied as an extra means to interpret the catalytic results. A good correlation between catalytic performance and immersion calorimetry results is found. This work points out that the combination of catalytic testing and immersion calorimetry can lead to important insights into the influence of the materials structural characteristics on catalysis. Moreover, the potential of using immersion calorimetry as a screening tool for catalysts in epoxidation reactions is shown.     

微孔/介孔复合分子筛的合成及其对CO2的吸附性能

采用两步晶化法将合成的沸石前驱液(S)或沸石固体粉末(P)经不同浓度(c)的NaOH处理后, 分别以表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)软模板或介孔炭(Meso-C)硬模板为导向剂, 自组装合成S-β-MCM41(c)、P-β-MCM41(c)、P-ZSM-MCM41(c)、P-ZSM-C系列微孔/介孔复合分子筛. 考察了沸石分子筛种类、碱处理液浓度以及介孔模板剂对合成复合分子筛结构与性能的影响. X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和氮气吸附-脱附表征结果表明产物具有微孔/介孔多级孔结构. 该材料对CO₂的吸附能力比纯微孔或介孔材料均有明显提高, 其中P-ZSM-MCM41(2)的CO₂吸附容量最大可达1.51 mmol·g^-1, 为ZSM-5沸石吸附量的两倍多.     

微孔-介孔复合结构分子筛的合成及表征研究

以工业现有的ZSM-5作为原料,经一定化学处理的ZSM-5作为部分硅铝源,与介孔分子筛的凝胶在水热条件下进行组装得到具有微孔、介孔双孔分布的复合分子筛,并采用XRD、N2吸附脱附、IR、SEM、TEM等测试手段对合成样品进行分析表征,考察了主要合成条件对分子筛性能的影响.结果表明,合成过程中微孔与介孔结构之间会相互转化,样品中微孔与介孔特征峰存在此消彼长的关系.非临氢反应结果表明,复合分子筛具有较高的异构化选择性.     

钛硅分子筛催化1-丁烯环氧化研究

自1983年Taramasso等报导TS-1的合成以来，钛硅分子筛的合成及应用一直是分子筛催化领域的热点。经典TS-1合成方法采用四丙基氢氧化铵（TPAOH）为模板剂，合成成本较高、条件苛刻，限制了其应用。用四丙基溴化铵（TPABr）为模板剂代替TPAOH，能够成功地合成TS-1。不同孔道结构的钛硅分子筛，如Ti-β、Ti-MCM-41、Ti-HMS等弥补了TS-1较小孔径的缺点，进一步扩大了钛硅分子筛的应用。本文以不同合成方法得到的TS-1及中孔Ti—HMS为催化剂，双氧水为氧化剂，1-丁烯环氧化合成1，2-环氧丁烷，研究了不同钛硅分子筛对1-丁烯环氧化反应的催化性能。     

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.     

Rh(OH)x/TS-1@KCC-1双功能催化剂上一锅反应合成伯酰胺

在微乳液体系中成功地将花瓣状介孔氧化硅微球(KCC-1)包覆在钛硅分子筛TS-1表面, 得到了一种新型微孔/介孔复合核壳结构材料TS-1@KCC-1. 详细考察了TS-1@KCC-1的合成条件及可能的形成机理. 适宜的合成温度及时间分别为373-393 K和4 h. 壳层厚度可方便地通过改变硅源正硅酸乙酯和TS-1的比例在25-80 nmm间进行调控. 以TS-1@KCC-1为载体负载Rh(OH)_x后即得到双功能催化材料Rh(OH)_x/TS-1@KCC-1, 该材料同时具有Ti和Rh(OH)_x活性中心, 可以高效催化醛、氨水和过氧化氢经一锅串联反应直接制备得到伯酰胺.