不同方法处理的脱铝Y沸石的结构特征研究

用~(29)Si MAS NMR、~(27)Al MAS NMR、XRD及IR等方法对4种不同脱铝方法处理的USY、SSY、US-SSY和DAY的微观结构进行了研究,结合脱铝方法讨论了骨架硅铝的分布以及非骨架硅铝和羟基空穴等的形成和含量不同的原因.发现不同脱铝方法可导致骨架上不同Si(nAl)单元的脱除.XRD结果表明,SSY经进一步高温水蒸汽处理得到的US-SSY的相对结晶度可高达97％.脱铝后,微孔保留愈多,二次孔越少,相对结晶度愈高.最后对~(29)Si MAS NMR、XRD和IR3种测定骨架单胞铝(N_(Al))_F的结果进行了比较.     

~(29)Si,~(27)AlMASNMR研究不同脱铝深度稀土超稳Y沸石中Si、Al的分布

本文应用~(29)Si,~(27)Al MAS NMR和XRD技术,测量了四种不同脱铝深度的稀土超稳Y沸石的骨架硅铝比,得到了一致的结果,并研究了稀土超稳Y沸石的脱铝过程和稀土离子稳定Y沸石骨架铝的机理.发现稀土离子存在时,Y沸石骨架中Si、Al的分布与相同硅铝比的HY不同,在浅、中度脱铝时,主要脱除的是Si(2Al)和Si(3Al)中的铝,深度脱铝时,主要是脱除Si(1Al)和少量Si(2Al)中的铝,而Si(3Al)几乎不变,提出稀土离子最可能是位于方钠石笼的Si(3Al)附近,平衡三个AlO_4~-四面体上的负电荷,起到稳定Si(3Al)结构单元的作用.其次,稀土超稳Y沸石中总的非骨架铝(N_(Al))_EF,随脱铝深度的增加而增加,仅只在REUSY-38的~(27)Al MAS NMR谱中观察到Al~(a+)非骨架铝的存在.     

^29Si（^27Al）MAS NMR考察镧离子在LaDAlY型沸石中的作用

用~(29)Si(~(27)Al)MAS NMR和辅加乙酰丙酮(acac)处理样品的静态~(27)Al NMR研究了镧离子对脱铝Y型沸石(DAIY)骨架硅、铝和非骨架铝(EFAL)的影响.结果表明,~(29)Si MAS谱的化学位移及其形状不仅取决于连接[SiO_4]四面体的[AlO]-四面体数目,而且还与引入镧离子的量有关.镧离子的引入导致~(27)Al MAS谱的明显宽化和不对称形变.另外,还讨论了镧离子对非骨架铝的影响.     

DFT计算结合固体NMR研究富铝SSZ-13的铝分布和Br?nsted酸性

具有菱沸石(CHA)结构的SSZ-13分子筛在甲醇制烯烃(MTO)及柴油机车尾气氨选择性催化还原(NH_3-SCR)反应中具有重要的应用,采用富铝SSZ-13可以调节MTO反应的烯烃选择性和提升NH_3-SCR的低温脱硝活性,因此SSZ-13中的铝含量和分布与对应的酸性决定了其催化性能。本文采用密度泛函理论结合固体核磁共振实验研究了富铝和富硅HSSZ-13的Al位置与Br?nsted酸强度的内在关系。通过计算取代能发现,对于孤立Al位,质子位于Al周围4个不同O位时能量差异较小,最稳定的B酸位点是O(1)―H。对于富铝SSZ-13,两个Al原子位于同一六元环的对位是Al-Si-Si-Al (NNNN)序列中最稳定的结构,而Al-Si-Al (NNN)序列中能量最优的Al分布是两个铝原子排布于六棱柱上下不同的六元环上。通过计算最稳定构型下的质子亲和势、NH3脱附能和吸附氘代乙腈后的1H NMR化学位移,发现富铝SSZ-13中含有Si(2Al)分布的NNN序列导致了其Br?nsted酸强度弱于高硅的分子筛。分峰拟合29Si魔角旋转核磁共振(MASNMR)谱图表明富铝SSZ-13中Si(2Al)的含量在43%以上,而吸附氘代乙腈后的1H MAS NMR实验显示富铝SSZ-13的桥羟基化学位移向低场移动,进一步证明富铝SSZ-13具有较弱的Br?nsted酸强度。     

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。     

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.     

热分解NH4Y型沸石的酸性

用量热滴定法、电位滴定法、脉冲色谱法等技术测定了各种热分解NH_4Y型沸石的总酸度、质子酸度、最高酸强度以及催化裂解反应活性,并对上述沸石的吸附吡啶进行了DTA—TG和N(1s)电子能谱的研究。结果表明,沸石的弱结合Al(16—17Al/U.C.)移去后,其总酸度略有下降,酸强度稍有增加,异丙苯裂解活性未发现明显变化。随着脱Al量的递增,吸附吡啶量降低。XPS图显示出,未脱Al的NH_4Y型沸石和脱Al沸石经焙烧后的差别,近乎是在“很薄”的表面层范围内。表面Al(OH)_(3-x)~(x+)阳离子不是沸石酸性和催化活性的决定因素,热分解NH_4Y型沸石的酸性主要来源于其骨架质子。     

不同脱铝深度稀土超稳Y沸石的酸性质

用FT-IR和NH_2-TPD研究了稀土含量相同时脱铝程度不同的四种REUSY沸石的酸性质. 并对复杂羟基谱的归属进行了讨论. 同时将酸性质与骨架的Si、Al分布, 非骨架组份以及二次孔相关联, 提出浅、中度脱铝时主要脱除与超笼中HFOH相关联的Si(3Al)和Si(2Al)单元中的Al, 深度脱铝时则脱除与六方柱笼和方钠石笼中LFOH 羟基相关联的Si(1AI)中的铝和少量Si(2Al)中的铝. 另外发现, 非骨架组份使一部分HFOH羟基不能被吡啶分子接近. 而二次孔的形成使一部份LFOH 能被吡啶分子接近. 随着脱铝深度的加深, 总酸、B酸、L 酸量都减少. 但强酸和B酸的强度均相应增加.     

^29Si,^27AIMASNMR研究不同脱铝深度稀土 超稳Y沸石中Si、Al的分布

本文应用^29Si,^27AIMASNMR和XRD技术,测量了四种不同脱铝深度的稀土超稳Y沸石的骨架硅铝比,得到了一致的结果,并研究了稀土超稳Y沸石的脱铝过程和稀土离子和Y沸石骨架铝的机理.发现稀土离子存在时,Y沸石骨架中Si、Al的分布与相同硅铝比的ＨＹ不同,在浅、中度脱铝时,主要脱除的是Si(2Al)和Si(3Al)中的铝,深度脱铝时,主要是Si(1Al)和少量Si(2Al)中的铝,而Si(3Al)几乎不变,提出稀土离子最可能是位于方钠的Si(3Al)附近,平衡三个AlO 四面体上的负电荷,起到稳定Si(3Al)结构单元的作用.其次,稀土超稳Y沸石中总的非骨架铝(N~Al)~EF,随脱铝深度的增加而增加,仅只在REUSY-38的^27AIMAS NMR谱中观察到Al^3+非骨架铝的存在.^29Si,^27AIMASNMR     

制备方法对H2SO4固体酸结构和催化性能的影响

 以溶胶-凝胶法和浸渍法制备了H2SO4固体酸催化剂. FT-IR, XRD和 29Si MAS NMR结果表明,两种方法得到的催化剂结构不同. FT-IR和 29Si MAS NMR结果表明,溶胶-凝胶法制备的固体酸H2SO4-SiO2中H2SO4和载体SiO2间存在相互作用; 1H MAS NMR结果表明,H2SO4-SiO2固体酸的酸强度和液体浓硫酸相当. 通过对柠檬酸与正丁醇的液/固相催化酯化反应比较了溶胶-凝胶法与浸渍法制备的固体酸的催化性能,结果表明,浸渍法得到的固体酸重复使用4次后活性消失; 溶胶-凝胶法制备的H2SO4-SiO2固体酸重复使用6次后仍显示出较高的活性和选择性.     

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。     

利用ＳＢＡ-１５介孔内纳米碳合成含介孔的ＺＳＭ-５分子筛

SBA-15介孔分子筛内填充蔗糖并炭化后, 分别在碱性和弱酸性条件下, 用含铝源及TPABr的溶液浸渍,将SBA-15分子筛孔壁的无定形结构转化成ZSM-5分子筛的晶体结构, 除碳后得到含介孔的ZSM-5分子筛. 用X射线衍射、 N_2吸附-脱附、 ~(27)Al MAS NMR、 NH_3-TPD、 TEM、 SEM等对样品进行了表征, 考察了晶化时间等参数对样品的影响. 结果表明, 碱性条件下合成的ZSM-5分子筛晶体中含有少量孔径约3.2～4.2 nm的介孔孔道, 其酸强度接近与常规ZSM-5分子筛的酸强度;弱酸性条件下合成的ZSM-5分子筛晶体中含有大量孔径约1.4～1.6 nm的孔道, 其酸强度明显低于常规ZSM-5分子筛的酸强度.     

CrMCM-41分子筛的合成与表征

直接合成了含铬 MCM- 4 1中孔 (mesoporous)分子筛 ;通过 XRD、骨架 IR、ESR、紫外漫反射(DRS)、2 9Si MASNMR等测试 ,表明铬处在分子筛骨架上 ,同时也存在非骨架铬。骨架红外光谱中除发现铬分子筛的特征峰 690 cm-1 外 ,还发现被归属于 O3 Si- O- T振动的吸收峰 960 cm-1 ;ESR中观察到 g=2 .4处有信号 ,可能与骨架铬直接有关 ;固体魔角核磁 2 9Si谱也进一步证实骨架铬的存在。同时对 Cr MCM- 4 1分子筛的热稳定性、吸附量和酸性进行了考察。     

模板剂对SAPO-11的物化及异构性能的影响

采用水热合成法,以二正丙胺（DPA）和二异丙胺（DIPA）混合物为模板剂合成SAPO-11分子筛,考察了模板剂用量和混合模板剂中DPA和DIPA配比对所得产物的影响,并通过XRD、N2吸附、NH3 TPD和29Si MAS NMR等手段对样品进行了表征。结果表明,改变模板剂用量和配比不仅可以调节SAPO-11结晶度,还会改变Si在分子筛骨架上的分布,从而调节SAPO 11的酸性。当模板剂用量比为1.5,模板剂中DPA的质量分数为66％时,样品的Si区面积最小,Si（n Al）（0 < n < 4）结构最多。因此,分子筛酸性和对正十四烷异构活性也最高。     

Reactivity of Extra‐framework Species of USY Zeolites in Alkaline Medium

Zeolites of type USY (ultra‐stable Y) were obtained by steaming of NH₄NaY modification. Samples were modified by subsequent alkaline treatment in KOH solution. USY and USY‐KOH were characterised by chemical element analysis, XRD, IR, ²⁹Al and ²⁹Si MAS NMR spectroscopic measurements. Correct silicon to aluminium ratios (Si/Al) were determined by XRD and IR (double ring vibration w_DR) data whereas values calculated according to data of ²⁹Si MAS NMR and IR spectroscopy (asymmetrical TOT valence vibration w_TOT) appeared to be too high., In the latter case, the signals of the zeolite framework were strongly superimposed by that of extra‐framework silica gel (EFSi) formed during steaming. It was found that alkaline leaching induces desilication of silicon‐rich area of the zeolite framework and partial dissolution of EFSi. Silicate ions of both react with likewise dissolved extra‐framework aluminium (EFAl) to form X‐ray amorphous aluminosilicate. Consequently, the superposition of the ²⁹Si MAS NMR signals of the zeolite framework by silica gel was reduced for Q⁴(0Al) but increased for Q⁴ (2Al) and Q⁴(3Al) structure units. A reinsertion of EFAl into the zeolite framework has not been observed.     

Probing the Brønsted Acidity of the External Surface of Faujasite-Type Zeolites

We outline two methodologies to selectively characterize the Brønsted acidity of the external surface of FAU-type zeolites by IR and NMR spectroscopy of adsorbed basic probe molecules. The challenge and goal are to develop reliable and quantitative IR and NMR methodologies to investigate the accessibility of acidic sites in the large pore FAU-type zeolite Y and its mesoporous derivatives often referred to as ultra-stable Y (USY). The accessibility of their Brønsted acid sites to probe molecules (n-alkylamines, n-alkylpyridines, n-alkylphosphine- and phenylphosphine-oxides) of different molecular sizes is quantitatively monitored either by IR or ³¹P NMR spectroscopy. It is now possible, for the first time to quantitatively discriminate between the Brønsted acidity located in the microporosity and on the external surface of large pore zeolites. For instance, the number of external acid sites on a Y (LZY-64) zeolite represents 2 % of its total acid sites while that of a USY (CBV760) represents 4 % while the latter has a much lower framework Si/Al ratio.