在含乙醇的硅铝凝胶中合成ZSM-5沸石

用含乙醇的硅铝凝胶水热晶化合成ZSM-5沸石.实验表明,乙醇能够促进ZSM-5沸石晶体的成核和生长,具有明显的模板剂作用.向含乙醇的凝胶中加入晶种可以进一步缩短晶化诱导期和晶化时间,并减小分子筛的晶粒度.晶种的粒度与分子筛产物的晶粒度有一定对应关系.采用搅拌晶化也能明显地减小ZSM-5沸石的晶粒度,同时影响晶体形貌.通过优化晶化条件和凝胶组成,成功合成出硅铝比在30～240范围内、结晶度较高的ZSM-5沸石分子筛,所得沸石孔道畅通,热稳定性、水热稳定性高,且具有较强酸性,具有良好的应用前景.     

钛硅沸石的结晶动力学研究

 在TPABr-正丁胺体系中合成了钛硅沸石TS-1, 研究了此体系中的结晶动力学,求出了不同温度下的成核速率、晶体生长速率及表观活化能. 还研究了晶种类型和用量对钛硅沸石晶化的影响. 结果表明,随着晶化温度的升高, TS-1成核诱导期缩短,成核速率及晶体生长速率加快; 加入晶种可明显缩短TS-1成核诱导期,并减小晶粒粒度; TS-1, M, ZSM-11和β沸石等均可作为晶种合成TS-1, 并存在一个最佳晶种用量; 不加晶种时TS-1成核活化能和晶体生长活化能分别为44.4和75.7 kJ/mol.     

导向剂法合成β沸石的晶化机制研究

采用导向剂法合成了β沸石。在导向剂中存在β沸石微晶核,晶化过程中β沸石只能在一个较窄的硅铝比范围内形成;模板剂ＴＥＳＡＯＨ仅存在于β沸石微晶核中。在β沸石合成过程中,水合钠离子不仅起着平衡沸石骨架负电荷的作用,并且在β沸石的晶体生长过程中起到一定程度的结构导向作用。     

以四乙基溴化铵为模板剂气相传输法合成β沸石

以廉价的四乙基溴化铵为模板剂,采用原料直接混合气相传输法合成β沸石.利用X射线衍射、红外光谱和扫描电镜等手段对产物进行了表征,考察了合成条件对β沸石晶化的影响.结果表明,在硅铝比为15～200,钠硅比为0.35～0.55,模硅比大于0.12时都可以得到结晶度良好的β沸石.该方法合成β沸石需要较高的碱硅比,投料硅铝比范围宽,晶体生长速度快,423 K时10 h生长期已基本结束.过高的晶化温度和过长的晶化时间均易导致杂品生成.合成的β沸石形貌随晶化时间变化,由晶化初期的椭球形转变为晶化结束时的不规则多面体.     

无有机模板剂体系水热合成Beta沸石中晶种的导向机理(英文)

在无有机模板剂体系中研究了不同硅铝比和晶粒度Beta沸石晶种的结构导向行为,采用X射线衍射、X射线荧光光谱、扫描电镜、透射电镜、紫外-拉曼光谱、红外光谱和N2物理吸附等方法对不同晶化时间固相产物和Beta沸石产物进行了表征.结果表明,不同Beta沸石晶种,包括全硅晶种,均能够导向合成Beta沸石,而且晶种在晶化诱导期都发生溶解.但是,晶种的硅铝比、晶粒度、预处理(焙烧)以及晶种加入的时间对晶种的溶解行为、Beta沸石晶化过程和产物都有重要影响.形貌研究还发现,含铝晶种不仅溶解后的残体通过提供晶核聚集的"固载化"表面导向了新生Beta沸石小晶体的密集生长,而且溶解下来的结构片段也提供了分散的晶核导向形成相对分散的Beta沸石小晶体;全硅晶种则仅通过溶解下来的结构片段提供分散的晶核.在无模板体系中,使用适当高硅铝比、小晶粒和经过焙烧处理的Beta沸石作为晶种有利于合成得到高结晶度的Beta沸石纯相.     

无有机模板剂体系水热合成Beta沸石中晶种的导向机理(英文)

在无有机模板剂体系中研究了不同硅铝比和晶粒度Beta沸石晶种的结构导向行为,采用X射线衍射、X射线荧光光谱、扫描电镜、透射电镜、紫外-拉曼光谱、红外光谱和N2物理吸附等方法对不同晶化时间固相产物和Beta沸石产物进行了表征.结果表明,不同Beta沸石晶种,包括全硅晶种,均能够导向合成Beta沸石,而且晶种在晶化诱导期都发生溶解.但是,晶种的硅铝比、晶粒度、预处理(焙烧)以及晶种加入的时间对晶种的溶解行为、Beta沸石晶化过程和产物都有重要影响.形貌研究还发现,含铝晶种不仅溶解后的残体通过提供晶核聚集的"固载化"表面导向了新生Beta沸石小晶体的密集生长,而且溶解下来的结构片段也提供了分散的晶核导向形成相对分散的Beta沸石小晶体;全硅晶种则仅通过溶解下来的结构片段提供分散的晶核.在无模板体系中,使用适当高硅铝比、小晶粒和经过焙烧处理的Beta沸石作为晶种有利于合成得到高结晶度的Beta沸石纯相.     

以拟薄水铝石为铝源合成的β沸石的表征和催化性能(英文)

考察了以拟薄水铝石为铝源、固体硅胶为硅源、四乙基氢氧化铵为模板剂时不同晶化混合液ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３比和不同晶化温度对β沸石合成的影响。ＸＲＤ、ＴＧＡ、ＩＣＰ及ＳＥＭ研究结果表明,在晶化混合液ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３比为２０至５０之间、晶化温度为１４０℃～１６０℃范围内能合成出高结晶度的β沸石,且β沸石硅铝比与晶化混合液硅铝比呈良好的线性关系：ＴＧＡ总失重量随β沸石硅铝比增加而增加,晶化温度对β沸石的晶粒度没有明显影响。此外,所制备的Ｈβ沸石对甲苯与Ｃ９芳烃歧化和烷基转移反应具有良好的催化性能。     

ZSM-5、ZSM-57分子筛和丝光沸石间的转晶规律

考察了硅铝比、碱度、有机胺模板剂、晶化时间及温度等合成条件对ZSM-5、ZSM-57 分子筛和丝光沸石之间相互转晶的影响. 发现较高的碱度、较长的晶化时间有利于合成丝光沸石；较低的碱度、较高的诱导晶化温度、较长的晶化时间有利于合成低硅铝比的ZSM-57 分子筛；合成低硅铝比的ZSM-5分子筛则需要在能合成丝光沸石和ZSM-57 分子筛的碱度区间内精确调节碱度, 缩短晶化时间、降低诱导晶化温度、加入适当晶种, 有利于合成低硅铝比的ZSM-5 分子筛. 合成条件稍微改变, 会导致各种沸石之间发生转晶, 晶化产物出现两种或两种以上的晶型.     

无机原料体系合成TS-1影响因素的研究

以廉价的硅溶胶和三氯化钛分别作为硅源和钛源,四丙基溴化铵(TPABr)为模板剂,二乙胺、正丁胺、氨水等作为碱源,在无机体系中合成了TS-1分子筛。采用XRD,IR,UV-vis,SEM,元素分析和N2吸附/脱附等对合成的分子筛进行了表征。详细考察了碱源、硅钛比N2保护、晶种、模板剂用量、硅源及晶化时间等因素对分子筛合成的影响。结果表明,以无机原料合成的TS-1与用传统有机原料合成的TS-1具有同样的特征。碱度的控制是合成的关键,配胶时需N2保护,加入晶种对合成有明显的导向作用,模板剂最低用量有一临界值,硅溶胶作硅源合成的TS-1晶粒比较大。     

无机原料体系合成TS-1影响因素的研究

以廉价的硅溶胶和三氯化钛分别作为硅源和钛源,四丙基溴化铵(TPABr)为模板剂,二乙胺、正丁胺、氨水等作为碱源,在无机体系中合成了TS-1分子筛。采用XRD,IR,UV-vis,SEM,元素分析和N2吸附/脱附等对合成的分子筛进行了表征。详细考察了碱源、硅钛比N2保护、晶种、模板剂用量、硅源及晶化时间等因素对分子筛合成的影响。结果表明,以无机原料合成的TS-1与用传统有机原料合成的TS-1具有同样的特征。碱度的控制是合成的关键,配胶时需N2保护,加入晶种对合成有明显的导向作用,模板剂最低用量有一临界值,硅溶胶作硅源合成的TS-1晶粒比较大。     

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.     

凝胶硅铝比对合成MCM-22,UTM-1和Kenyaite的影响

 以白碳黑为硅源,偏铝酸钠为铝源,六亚甲基亚胺(HMI)为结构导向剂,采用动态水热法合成了MCM-22,UTM-1和kenyaite,并考察了硅铝比对产物晶相的影响. 结果表明, 配料硅铝比是影响产物晶相的重要因素. n(SiO2)/n(Al2O3)=30～50时,晶化产物为MCM-22; n(SiO2)/n(Al2O3)=71～190时,晶化产物为MCM-22与kenyaite的混合物,且随着硅铝比的增大,MCM-22的含量逐渐减少而kenyaite的含量逐渐增加; n(SiO2)/n(Al2O3)=228～609时,晶化产物为八元环结构的UTM-1; 不含铝源时,晶化产物为kenyaite. 就合成MCM-22和UTM-1而言,凝胶中的铝是必不可少的. 上述几种晶化产物均呈片状,可以通过扫描电镜加以区分.     

四乙基溴化铵-氟化物复合模板剂合成β沸石(Ⅱ)--β沸石晶化过程研究

采用FT-IR,XRD,SEM,TG,ICP-AES等技术研究了四乙基溴化铵(TEABr)-氟化物复合模板剂体系合成β沸石的晶化过程.发现本体系β沸石的合成遵循液相转变机理,在诱导期向生长期转变的转折点存在过渡态,氟离子对过渡态的形成和转变起到重要作用.在诱导期初期固相是富铝的,但晶体生长期固相硅铝比基本不变,表明硅铝同步进人骨架.     

不同铝源合成的β沸石结构表征与热分解行为的研究

考察了以固体硅胶为硅源、 NaAlO2及α Al2O3· H2O两种铝源、以及不同晶化混合液的 SiO2/Al2O3比（ 15～ 50）对β沸石合成的影响。通过 XRD、 DSC/TGA、 29Si NMR及 ICP研究表明,以 NaAlO2为铝源合成的β沸石更易形成 Si(0Al)、 Si(1Al)、 Si(O－ )配位,且化学 SiO2/Al2O3比与晶化混合液 SiO2/Al2O3比基本一致,以α Al2O3· H2O为铝源合成的β沸石更易形成 Si(0Al)、 Si(O－ )、 Si(2Al)配位,且化学 SiO2/Al2O3比低于晶化混合液的 SiO2/Al2O3比; TGA失重量随β沸石 SiO2/Al2O3比增加而增加, DSC吸热量随β沸石 SiO2/Al2O3增加而减少。     

在无有机导向剂条件下采用乙醇为助剂合成高硅沸石

高硅沸石具有优异的热稳定性、水热稳定性、大的微孔体积、高表面积和均匀的微孔孔道,因而广泛应用于催化领域.然而,高硅沸石的合成往往需要使用有机结构导向剂,不但增加了沸石合成成本,而且还产生了大量的三废排放.为了解决这个问题,我们发展了在无有机导向剂存在条件下采用沸石晶种诱导合成沸石的方法,但是该方法合成的沸石产物骨架富铝,不能合成高硅沸石,实现绿色方法合成工业上大量使用的高硅沸石问题仍然没有解决.最近,我们又报道了采用沸石晶种导向和醇填充相结合的方法合成纯硅沸石,但仍不能合成高硅沸石.本文首次在无有机结构导向剂存在条件下采用乙醇为助剂合成高硅沸石,并成功地合成了硅铝比(Si/Al)为38?240的ZSM-5沸石.此方法成功的关键是使用具有四配位铝物种的硅铝酸盐前驱体作为起始原料.因为乙醇的沸点低,溶液中的乙醇可以循环使用,大幅度地降低了传统高硅沸石合成有机模板的三废排放成本.通过固体核磁证明,在沸石的晶化过程中,硅物种发生重排与聚合,而铝物种一直保持着四配位的状态不变,这表明Si-O-Al类的连接在晶化过程中基本上保持稳定.另外,采用该方法合成了高硅TON,MTT,*MRE沸石,表明了此方法的普适性.此外,还可以将Fe和B等杂原子引入到沸石骨架中,成功地合成了铁硅和硼硅沸石.X射线粉末衍射测试与扫描电子显微镜表征结果表明,所合成的高硅ZSM-5沸石具有高纯度和结晶度,样品呈现出典型的块状ZSM-5晶体形貌.样品的BET表面积和微孔体积分别为382 m²/g和0.16 cm³/g,这与传统方法以TPAOH为有机结构导向剂合成的ZSM-5沸石的BET表面积和微孔体积是几乎一致的.更重要的是,所制备的ZSM-5沸石在甲醇制丙烯反应中,具有良好的催化性能,并与使用有机结构导向剂合成的ZSM-5沸石具有相似的活性、选择性和催化剂寿命.综上所述,在沸石晶种和乙醇存在的条件下,以硅铝酸盐前驱体为起始原料,在无有机结构导向剂存在条件下,成功地合成出了高硅MFI,TON,MTT和*MRE沸石.同时,也可利用硼硅酸盐和铁硅酸盐为起始原料来合成B-ZSM-5和Fe-ZSM-5沸石.与传统的合成高硅沸石路线相比,此方法避免了昂贵和有毒的有机结构导向剂的使用、减少了废水的排放、简化了合成过程和提高了产品收率;同时所合成沸石具有优异的催化性能,为高硅沸石的产业化生产和催化应用奠定基础.     

无胺法合成高硅丝光沸石的表征

采用XRD、SEM、FT-IR、MAS NMR等表征手段, 对以氟离子为结构导向剂无胺法合成的高硅丝光沸石进行了表征. 结果表明: 高硅丝光沸石结构属立方晶系, 晶胞参数小于传统低硅丝光沸石, 但b、c值要比相近硅铝比非氟体系合成的丝光沸石样品的大; 样品形貌及粒径与其硅铝比有关, 表明晶化条件对产物形貌及粒径均有影响; 随硅铝比的增大, FT-IR光谱中450、544、1053 cm-1谱带向高频移动, 720 cm-1谱带强度减弱, 表明骨架中铝减少而硅增多; 采用含氟无胺体系合成高硅丝光沸石时基本上不会产生非骨架铝.     

高温合成NaY沸石

提出了应用NaY沸石导向剂提供全部硅源合成NaY沸石的新方法, 研究了高温条件下合成NaY沸石的规律和特点, 发现在高温条件下合成NaY沸石不仅晶化速度快, 而且可以在不加有机物的条件下合成较高硅铝比[n(SiO2)/n(Al2O3)=6]的NaY沸石.     

纳米富铝β沸石的合成与表征

以低硅铝比焙烧后的硅铝胶固体为初始原料,在含F-近中性与低含水量体系下晶化合成出相对高结晶度的纳米富铝β沸石。实验考察了合成条件、硅铝胶焙烧对晶化产物的影响和晶化过程中Al配位状况变化,并采用XRD、XRF、SEM/TEM2、7AlMAS NMR物化方法对晶化产物进行表征。结果表明,含F-离子、H2O/SiO2摩尔比为2.4～6.0以及高温焙烧硅铝胶有利于合成高结晶度的纳米富铝β沸石;硅铝胶固体焙烧后能产生易于转化为β沸石晶核的Al四配位结构,而部分六配位Al在晶化过程中缓慢溶入β沸石晶核中而最终生成纳米富铝β沸石。     

凝胶制备对气相合成MCM-22沸石的影响

以硅酸钠为硅源、硫酸铝为铝源制备硅铝干凝胶，六亚甲基亚胺（HMI）为模板剂，采用气相法合成MCM-22沸石。对硅铝干凝胶进行了29 Si MAS NMR、27 Al MAS NMR、红外以及透射电镜表征，讨论了pH值对硅铝干凝胶及合成MCM 22沸石的影响。结果表明，pH值的改变影响硅铝聚集态、干凝胶的结构及其粒径等物理性质，合成时硅铝干凝胶解聚、气固间传质及固相溶解速度不一致，影响产物MCM-22的结晶度。当制备干凝胶的pH值为8.7～10.7时，得到结晶度高的MCM-22沸石；当pH值增大到11.1时，产物出现杂晶丝光沸石；pH为11.6时只能得到丝光沸石。     

OH-/SiO2比对合成β沸石晶粒粒度分布及结构的影响

具有十二元环的三维高硅大孔β沸石是1967年由Wadlinger[1]首先合成的,其结构模型于1988年由Newsam等[2]确定,近十年来,许多文献报道了不同模板剂、不同铝源和硅源以及不同碱金属对β沸石合成的影响及杂原子β沸石的合成[3-5],但均存在晶化时间较长等缺点,关于晶化混合物的OH-/SiO2比(以下简称碱度)对在较短晶化时间下所合成的β沸石的影响未见报道.