缓冲体系中高热和水热稳定性的MCM-48介孔分子筛的合成

利用混合阳离子-非离子表面活性剂为模板剂在缓冲体系中成功地合成出具有高热和水热稳定性的MCM-48介孔材料. 通过XRD, N₂吸附-脱附, ²⁹Si MAS NMR和 ³¹P MAS NMR等手段对样品进行了表征. 结果表明, 合成的MCM-48材料具有高的比表面积和高度有序的孔道系统. 样品在空气中于900 ℃下焙烧15 h和在600 ℃ 100%水蒸气下处理8～10 h, 仍能保持良好的立方孔道结构, 显示很高的热稳定性和极好的水热稳定性.     

具有强酸性位的高水热稳定介孔分子筛的合成

在强酸性介质中,以预先制备的β沸石纳米簇作为前驱体,通过S＋X－I＋路线及氨水热后处理步骤合成具有强酸性位的高水热稳定性介孔分子筛.XRD、氮气吸附、HRTEM和SEM分析表明所得样品具有普通MCM-41的典型介孔结构和表观形貌.较短的组装周期和室温的组装条件减弱了脱铝效应,27Al MAS NMR表明铝元素主要以四配位状态存在于介孔分子筛骨架中.采用NH3-TPD和水热老化方法分别考察了其固体酸性和水热稳定性,结果表明此介孔分子筛相对于普通MCM-41分子筛具有较强酸性位和较高的水热稳定性.沸石纳米簇的引入提高了分子筛骨架的聚合度和孔壁的厚度,是水热稳定性提高的主要原因.     

高氮含量MCM-41的制备及其对Knoevenagal缩合反应的催化性能

 采用二次合成法制备了含氮MCM-41分子筛,系统考察了氨气流速、氮化温度和氮化时间等因素对分子筛氮含量的影响,并通过X射线衍射、 N2吸附、透射电镜、 X射线光电子能谱和 29Si MAS NMR等方法探测了氮化后分子筛的物理化学特性. 结果表明,氨气流速和氮化温度是影响分子筛氮含量的主要因素. 氨气流速为400 ml/min时, 950 ℃下经12 h氮化后的MCM-41分子筛氮含量(质量分数)可达26.0%, 并较好地保持了原有分子筛的骨架结构. 由于氮化温度相对较低,对分子筛的结构破坏较小,而氮含量高、氮化后的MCM-41分子筛对Knoevenagal缩合反应具有很高的碱催化活性.     

铝在MCM-22分子筛骨架上分布的27Al MQ MAS NMR研究

利用二维多量子魔角旋转（2D MQ MAS）技术并结合量子化学计算，研究了铝在MCM-22分子筛骨架上的分布，并对铝的不等价四面体位进行了归属.在27Al 2D 5Q MAS NMR谱中骨架四配位铝的范围内观察到3个信号，证明MCM-22分子筛有3种骨架铝.经计算这3种骨架四配位铝的各向同性化学位移和四极作用常数分别为：δ 50.5、δ 57.3、δ 62.4和1.74、1.68、1.92 MHz. MCM-22分子筛结构中有8种结晶学不等价四面体（T）位.我们通过模拟MCM-22分子筛的27Al 2D 5Q MAS NMR谱，认为8种不等价T位分为3组. T2、T6位上的铝分别与δ 61、δ 49处的信号相关， T1、T3、T4、T5、T7、T8位上的铝对δ 56处的共振峰有贡献.当硅铝原子数比(Si/Al)在10～15之间变化时，铝在MCM-22分子筛的骨架上是无规占据的.     

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-48介孔材料相转化合成的形成机制

利用水热合成的方法,使用新型的表面活性剂十六烷基三甲基对苯磺酸盐作为模板剂合成了高质量的MCM-48介孔分子筛,并用X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)以及N₂吸附-脱附进行了表征。合成过程的研究表明该合成体系经历了三相,起始相为具有六方对称性的MCM-41,随着加热时间的延长,生成了具有立方对称性的MCM-48,进一步延长加热时间则生成了层状相MCM-50。三相转变发生的核心驱动力来自于表面活性剂有效堆积参数g因子的改变,随着反应时间的延长,由于对甲基苯磺酸根离子（Tos^-）的流失,表面活性剂极性头所占的有效面积（a₀）明显减小,g值变大。另外,XRD、傅立叶变换的红外光谱(FT-IR)以及固体魔角自旋核磁共振(²⁹Si MAS NMR)的表征结果证明：随着晶化时间的延长,相转变的同时伴随着介孔材料的孔壁逐渐由原子无序的非晶态向原子有序的晶态结构转变。最终形成的原子有序层状介孔分子筛可以作为扩孔型微孔分子筛合成的有效前驱体。     

MCM-48介孔材料相转化合成的形成机制

利用水热合成的方法,使用新型的表面活性剂十六烷基三甲基对苯磺酸盐作为模板剂合成了高质量的MCM-48介孔分子筛,并用X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)以及N₂吸附-脱附进行了表征。合成过程的研究表明该合成体系经历了三相,起始相为具有六方对称性的MCM-41,随着加热时间的延长,生成了具有立方对称性的MCM-48,进一步延长加热时间则生成了层状相MCM-50。三相转变发生的核心驱动力来自于表面活性剂有效堆积参数g因子的改变。另外,XRD、傅立叶变换的红外光谱(FT-IR)以及固体魔角自旋核磁共振(²⁹Si MAS NMR)的表征结果证明：随着晶化时间的延长,相转变的同时伴随着介孔材料的孔壁逐渐由原子无序的非晶态向原子有序的晶态结构转变。最终形成的原子有序层状介孔分子筛可以作为扩孔型微孔分子筛合成的有效前驱体。     

以MCM-22为原料合成高水热稳定性的介孔材料

以合成的微孔分子筛MCM-22为原料,将其与表面活性剂及氢氧化钠一起回流溶解,再调节溶液的pH值至7～9, 使MCM-22转化为高水热稳定性的介孔材料. 所得介孔材料具有蠕虫状的均匀孔道,骨架中不含有MCM-22的微观结构单元. 该介孔材料至少含有18%的表面活性剂,经823 K焙烧脱除表面活性剂后,其孔径为2 2 nm, 比表面积为 1 038 m2/g, 孔容为0 97 cm3/g. 焙烧后的介孔材料具有非常高的水热稳定性,经沸水回流100 h后其比表面积为896 m2/g, 孔容为0 90 cm3/g, 孔径为2 1 nm, 即使经过300 h的回流,该材料仍能保持698 m2/g的比表面积和0 90 cm3/g的孔容. 固体 29Si MAS NMR结果表明,该介孔材料的高水热稳定性与其高表面缩合度有关.     

AlMCM-48介孔分子筛的合成研究

采用正硅酸乙酯为硅源,十六烷基三甲基溴化铵作模板剂合成MCM-48介孔分子筛.用Al(NO3)3溶液浸渍MCM-48从而获得AlMCM-48.用XRD、27AlNMR对样品进行了表征.这种方法掺杂铝不破坏分子筛骨架结构,Si/Al低至5时分子筛结构保持完好.其中部分铝进入了骨架.     

茂锆金属配合物在介孔分子筛MCM-41上的接枝研究

茂锆金属配合物在介孔分子筛MCM-41上共价接技的合成和表征研究，以纯硅的MCM-41为载体，首先用四氯化硅与之反应在MCM-41的表面生成一定量的Cl：Si-OSi(O—Si≡)3基团，然后再用过量的三甲基氯硅烷保护分子筛表面剩余的硅羟基，接下来再让所得材料依次和环戊二烯基钠、正丁基锂、四氯化锆反应，从而通过在同一个反应瓶中经过五步连续合成的方法，得到了二氯二茂锆共价接枝于介孔分子筛MCM-41表面的有机无机复合材料．用XRD、^29Si和^13C MAS NMR、氮气吸附-脱附孔径分析、IR光谱等手段对所得样品进行了表征，并与用担载方法获得的二氯二茂锆固载化于MCM-41之中的样品进行了对比分析研究．     

Mixed Cationic-Nonionic Surfactants Route to MCM-48: Effect of the Nonionic Surfactant on the Structural Properties

Structurally ordered MCM-48 silicas were facilely synthesized using the mixtures of cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) and p-Octyl polyethylene glycol phenyl ether (OP-10) as co-templates with low molar ratio of CTAB to silica (0.139:1) and low concentration of mixed surfactants (ca. 5%) and within a wide range of OP-10/CTAB ratio (0.08–0.25). For comparison purpose, the cubic material was also prepared with only CTAB as the structure-directing agent under the same preparation conditions. The products obtained by different templating method were thoroughly characterized by XRD, N₂ sorption, TEM, TG-DSC and ²⁹Si MAS NMR. Measurement results from these techniques indicated that the introduction of nonionic OP-10 had significant effect on the structural properties of MCM-48 and the mixed surfactants' route allowed an efficient synthesis and a more condensed product compared to the only cationic CTAB templating protocol. Finally, our preliminary explanation for that why cubic MCM-48 materials could be obtained in this system and structural properties were sensitive to the OP-10/CTAB ratios was discussed in detail.     

Mixed Cationic‐nonionic Surfactants and pH Adjustment Route to Synthesize High‐quality MCM‐48

Using the mixture of cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) and p‐Octyl polyethylene glycol phenyl ether (OP‐10) as templates, siliceous MCM‐48 materials can be synthesized with low molar ratio of CTAB to silica (0.139:1) and low concentration of mixed surfactants (ca.5%) and within a wide range of OP‐10/CTAB ratio (0.08?0.25). The materials were characterized by X‐ray powder diffraction, N₂ adsorption/desorption isotherm, TEM, TG‐DSC and ²⁹Si MAS NMR. Measurements indicated that the use of mixed surfactants allowed better condensation and higher ordering of the cubic mesostructure; at the same time, some properties of these materials were sensitive to the OP‐10/CTAB ratio. It was also found that the reduced pH of the gel which had been crystallized for a certain time gave a highly reproducible synthesis with a high silica yield (about 95%). Furthermore, the reaction mechanism of the synthesis is discussed in detail.     

含氟体系中合成高品质的MCM-48介孔分子筛

在含氟体系中以正硅酸乙酯和十六烷基溴化铵作为硅源和模板剂,合成高质量的MCM-48。主要考察了各种影响合成MCM-48的因素,得到的产物分别用XRD,TEM和N₂吸附-脱附技术进行表征。结果表明,合成高质量MCM-48的条件是温度为393 K,时间为24 h,CTAB/Si比为0.65;得到的MCM-48具有较大的比表面积(130 5 m²/g),孔径分布比较集中(2.416 nm)。     

Heterogenisation of CpMo(CO)3Cl on mesoporous materials and its application as olefin epoxidation catalyst

CpMo(CO)(3)Cl reacts with the hydroxyl (Si-OH or Si-OH-Al) functionalities of mesoporous molecular sieves such as MCM-41, MCM-48 and its aluminium analogues during grafting. XRD, N(2) adsorption-desorption, BET surface area analysis and TEM show the resulting samples as being well ordered and maintaining a uniform pore size. FT-IR spectra, elemental analysis, (13)C and (29)Si CP MAS NMR spectra confirm the successful grafting. In the presence of excess TBHP the materials show high activity in cyclooctene epoxidation and good stability.     

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。     

Solid-state NMR study of MCM-41-type mesoporous silica nanoparticles

A systematic study of the surface of MCM-41-type mesoporous silica nanoparticles prepared under low surfactant concentration was carried out using high-resolution solid-state nuclear magnetic resonance spectroscopy. The structures and concentrations of various species present during dehydration and rehydration of mesoporous silicas between -25 and 500 degrees C were detailed by employing one-dimensional and two-dimensional (1)H, (13)C, and (29)Si NMR, including (1)H signal intensity measurements, (1)H-(1)H homonuclear correlation experiments (double quantum, exchange, and RFDR), and (1)H-(29)Si heteronuclear correlation NMR. These experiments employed high MAS rates of up to 45 kHz. The study shows that the surfactant (CTAB) was almost completely removed by acid extraction. The residual molecules assumed prone positions along the pores, with the tailgroup being most mobile. The weakly adsorbed water was hydrogen bonded to the silanol groups, all of which were involved in such bonds under ambient humidity. Specific structures involving water and silanol groups were proposed for various stages of thermal treatment, which included dehydration, dehydroxylation, and subsequent rehydration.     

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.     

The Synthesis and Characteristics of Vanadoaluminosilicate MCM-41 Mesoporous Molecular Sieves

A series of vanadoaluminosilicate MCM-41 mesoporous molecular sieves with various compositions have been hydrothermally synthesized. Hexadecyltrimethylammonium bromide was used as a surfactant in the synthesis. The samples were characterized with nitrogen sorption, X-ray diffraction, differential thermal analysis, thermogravimetric analysis, Fourier transform-Infrared spectroscopy, UV-visible spectroscopy, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, and solid state NMR. The solid products had the MCM-41 structure and contained only atomically dispersed vanadium and aluminum consistent with framework vanadium and aluminum. The samples were hydrophobic and contained large amount of surfactant in the as-synthesized samples. The surfactant could be removed upon calcination at 450°C. N₂ sorption measurements and TEM demonstrate the high mesoporosity of [V, Al]-MCM-41. The incorporation of vanadium and aluminum into MCM-41 decreased the surface area to some extent. The morphologies of all the samples were the agglomerate of plates. ²⁹Si MAS NMR shows that the pore wall is amorphous. ²⁷Al MAS NMR shows that all of aluminum species were tetrahedrally coordinated even after calcination at 550°C.     

以混合表面活性剂为模板可控合成MCM-48和MCM-41分子筛

利用阳离子和三嵌段共聚物混合表面活性剂为模板,在水热条件、碱性介质中可控合成出MCM-48和MCM-41分子筛。在固定P123(聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物):TEOS(正硅酸乙酯)(物质的量的比)为0.01875的体系中,调节CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)∶TEOS(正硅酸乙酯)物质的量比值m,当m在0.12~0.13范围合成出MCM-48分子筛;当m在0.04~0.08范围合成出MCM-41分子筛。通过XRD,TEM,N2物理吸附,IR等方法进行了表征。结果表明:聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物(P123)的加入可以更大程度地降低合成介孔材料所需阳离子表面活性剂的用量;可控合成的介孔材料具有高比表面积、高度有序的孔道结构、较集中的孔径分布。