Ti－Si Pentasif型杂原子分子筛的气固相同晶取代法制备及其羟基化性能 Ⅰ．母体Na~＋含量的影响

Ｔｉ－Ｓｉ　Ｐｅｎｔａｓｉｆ型杂原子分子筛的气固相同晶取代法制备及其羟基化性能　Ⅰ．母体Ｎａ~＋含量的影响郭新闻，王桂茹，王祥生（大连理工大学工业催化剂研究所，大连１１６０１２）关键词气固相同晶取代，Ｔｉ－ＺＳＭ－５，苯酚，羟基化Ｔｉ－ＳｉＰｅｎｔａ?..     

通过SAPO-34分子筛笼中引入金属物种提升甲醇制烯烃反应中乙烯选择性

低碳烯烃(乙烯、丙烯)是化学工业极其重要的基本原料.甲醇制烯烃(MTO)反应是重要的烯烃生产石油替代路线.其中,磷酸硅铝类SAPO-34分子筛在MTO反应中表现出优异的低碳烯烃选择性.与丙烯相比,乙烯具有更高的经济附加值,因此提升MTO反应中乙烯的选择性有着重要的意义.本文采用传统离子交换法(CIE)、模板辅助离子引入法(TII)和醇相离子交换法(AIE)对SAPO-34分子筛进行金属Zn、Cu改性,利用多种表征手段对金属Zn、Cu改性SAPO-34分子筛的物理结构、化学组成、金属物种状态与分布、酸性及扩散性质等进行表征.首先,对金属Zn、Cu改性SAPO-34分子筛的物理结构和化学组成进行分析.X射线衍射表明,相比AIE法,CIE法和TII法改性基本保持SAPO-34分子筛的结晶度.X射线荧光分析表明,相比Co、Ni,金属Zn、Cu更易引入SAPO-34分子筛.N2物理吸附-脱附表明,CIE法改性能够保持SAPO-34分子筛的BET比表面积和微孔孔容.其次,考察了金属Zn、Cu改性SAPO-34分子筛中金属物种的状态.氢气-程序升温还原(H2-TPR)和X射线光电子能谱(XPS)结果表明,Zn物种主要以孤立态的Zn2+阳离子形式存在.H2-TPR、XPS、紫外-可见光谱和电子顺磁共振谱结果表明,Cu物种主要以孤立态的Cu2+阳离子以及部分CuO形式存在.继而对金属Zn、Cu改性SAPO-34分子筛中金属物种的分布进行表征.XPS表明,Zn阳离子改性的SAPO-34表层富硅、富Zn,呈类核壳结构;XPS和扫描式电镜-能量色散X射线光谱结果表明,Cu物种在Cu改性SAPO-34分子筛中均匀分布.进一步研究了金属Zn、Cu改性SAPO-34分子筛中酸性的变化.氨气-程序升温脱附和核磁共振氢谱结果表明,Zn、Cu改性SAPO-34酸性位点的酸量降低.最后,对金属Zn、Cu改性SAPO-34分子筛的扩散性质进行分析.智能重量分析表明,Zn、Cu阳离子的引入降低探针分子(乙烷、丙烷)的扩散系数,推断Zn、Cu阳离子的引入增加对MTO反应产物的扩散限制.热重表明,Zn阳离子改性SAPO-34分子筛反应初期积炭量略微增加.综上所述,Zn阳离子改性SAPO-34催化剂表层富硅、富Zn,呈现类核壳结构.Zn阳离子的引入增加对MTO反应产物的扩散限制,而且Zn阳离子的引入促进MTO反应初始阶段的碳沉积.因此,Zn阳离子改性SAPO-34分子筛显著增加MTO反应产物的扩散限制,对分子尺寸较大的反应产物的扩散限制更为明显,从而提高MTO反应初始阶段的乙烯选择性,增大乙烯/丙烯比.     

乙醇分子内及分子间脱水反应机理的计算化学实验研究

介绍了一个面向大三下或大四上本科生的计算化学探索性实验。通过研究乙醇分子内及分子间脱水反应机理,从分子水平理解醇脱水反应过程中酸催化剂的作用机制和反应的能量路径。通过本实验,使学生初步掌握量子化学计算通用软件高斯(Gaussian)的使用方法,掌握结构优化、频率计算、过渡态搜索等基本计算操作,并学会采用量子化学计算手段来研究化学反应的基本过程,为将来科研工作打下重要基础。     

对电极材料对非贵金属电催化剂耐久性评价的影响

质子交换膜燃料电池(PEMFCs)环境友好,具有高的能量转换效率,已受到了广泛的关注.目前,铂基电催化剂广泛使用在 PEMFCs中,但铂的储量有限,活性低,耐久性差,成本高,急需开发高性能的非贵金属电催化剂替代铂基电催化剂.非贵金属电催化剂的电化学表征基本上都沿用了铂基电催化剂的评价体系和方法,不一定适用于非贵金属电催化剂的表征.
　　本文选用铂和石墨为对电极考察其对非贵金属电催化剂在酸性电解质中耐久性测试的影响.当使用铂对电极时,商业 Pt/C电催化剂的氧还原(ORR)活性随着耐久性测试圈数的增加而降低,而非贵金属电催化剂的氧还原活性在耐久性测试过程中的变化规律与商业 Pt/C不同,呈现先降低,后升高的规律.耐久性测试前后的透射电镜(TEM)分析表明非贵金属电催化剂经过耐久性测试后,在电催化剂表面生长了铂纳米颗粒.高分辨透射电镜(HRTEM)和能量色散 X射线光谱(EDX)进一步证明以铂为对电极的三电极体系,在进行非贵金属电催化剂耐久性测试的过程中,非贵金属电催化剂表面生长了铂纳米颗粒,使得非贵金属电催化剂的 ORR活性在耐久性测试后得到显著提高.耐久性测试前后,非贵金属电催化剂氧还原过程的电子转移数由3.7变为4.0,再次证明了耐久性测试过程中铂颗粒的生成.在三电极电化学体系中,当工作电极发生阴极反应时,对电极为阳极反应,反之亦然,即在工作电极上发生的任何电化学过程,都会在对电极上完成相反的电化学过程.在循环电位扫描过程中,当铂对电极的电压高于1.0 V (vs RHE)时,开始发生铂的溶解现象,并且当电压高于1.2 V (vs RHE)时,铂的溶解量会急剧增加,部分溶解的铂会扩散到工作电极附近,并在工作电极的非贵金属电催化剂表面发生沉积作用.随着扫描圈数的增加,沉积的铂纳米颗粒的数量增加,颗粒变大,从而使非贵金属电催化剂的表观 ORR活性显著提高.该现象使得非贵金属电催化剂在酸性电解质中无法表现出其真实的耐久性.当选用石墨棒为对电极材料时,非贵金属电催化剂在酸性电解质中的 ORR活性不会受到对电极材料的影响.
　　通过考察对电极材料对非贵金属电催化剂在酸性电解质中耐久性能的影响,可以得出结论,即对非贵金属电催化剂在酸性电解质中的耐久性测试中,不宜使用铂对电极,应该使用石墨为对电极材料,以防止对电极材料干扰耐久性测试.     

气固相取代法制备Ti-β沸石Ⅰ.母体脱铝处理的影响

钛硅分子筛TS-1在有稀双氧水(30%)参与的多种有机化合物选择氧化反应中具有优异的催化性能,因而被认为是分子筛研究领域的一个里程碑[1].但由于其拓扑结构所限,TS-1孔道尺寸只有O.55 nm左右,动力学直径大于0.6 nm的有机物分子难以扩散进入其孔道内部.相继,人们报道了水热合成的Ti-β(0.7 nm×0.7 nm)[2～4]和Ti-MCM-41(2～50 nm)[5]等大孔径含钛分子筛.这些类型的含钛分子筛在催化选择氧化某些有机大分子的反应中表现出TS-1所无法比拟的催化活性.气固相取代法是制备含钛沸石的一种新颖的方法,由于其工艺简单、操作方便而受到人们的重视[6～9].本文以经过盐酸脱铝的β沸石为母体,在一定的气固相反应温度下和TiCl4蒸气接触制备Ti-β沸石,重点考察了母体的脱铝处理条件对钛进入沸石骨架的影响.     

在无定形二氧化钛上生长纳米钛硅分子筛催化剂

尺寸在1～100nm之间的材料称为纳米材料.纳米材料中表面分子占很大比例,由此产生了不同于常规材料的各种特殊性能.纳米材料在很多领域得到广泛的研究和应用.很多研究者发现纳米结构的催化剂有着与常规催化剂不同的催化活性和选择性.沸石分子筛催化剂是一种结晶的多孔物质,其孔径一般小于1 nm.     

钛硅沸石中的一种非活性钛物种

Synthesis of the titanium silicalite TS-1 was first reported by Taramasso et al[1]in 1983. TS-1 has received considerable interest during the last decade because of its unique catalytic properties in oxidation reactions involving H2O2 as the oxidant. It is accepted that the extraframework Ti species in TS-1 favor the decomposition of H2O2and should be avoided. But in the present study, it was observed that there was a kind of Ti species inactive in both the oxidation reaction and the decomposition of H2O2.     

气固相同晶取代法制备Ti-ZSM-5及其催化性能的研究

以Ｂ－ＺＳＭ－５沸石为母体,经过盐酸洗涤脱硼后,采用气固相同晶取代法制备了Ｔｉ－ＺＳＭ－５沸石．考察了制备条件如反应温度、反应时间和载气流速等对产品沸石中钛物种的配位状态和含量的影响．发现进入Ｔｉ－ＺＳＭ－５骨架中的钛含量存在一个极限值．ＦＴ－ＩＲ、ＵＶ－Ｖｉｓ表征技术和丙烯环氧化反应结果表明：不同气固相反应条件下制备的Ｔｉ－ＺＳＭ－５沸石具有不同的物化性质．骨架钛含量高而非骨架钛含量低的钛沸石具有较高的丙烯环氧化催化活性．     

低温晶化对B-ZSM-5和Ti-ZSM-5物化性能的影响

 以改进方法合成的B-ZSM-5分子筛为母体,采用气固相法合成了Ti-ZSM-5分子筛,并以XRD,FT-IR,UV-Vis,XRF,SEM,ICP-AES和MAS NMR等手段对B-ZSM-5和Ti-ZSM-5进行了表征,考察了Ti-ZSM-5对苯酚羟基化反应的催化性能. 结果表明,合成B-ZSM-5时的前期低温晶化有助于晶粒的减小; 以其为母体制备的Ti-ZSM-5对苯酚羟基化反应具有优异的催化性能. 在n(PhOH)/n(H2O2)=3,n(Me2CO)/n(PhOH)=2.7,m(cat)/m(PhOH)=5%,T=353 K和t=6 h的反应条件下,苯酚转化率可达20%以上.     

非均相Fenton催化剂的组成结构设计与性能优化

非均相Fenton催化技术解决了均相Fenton反应存在的问题,具有pH适用范围广以及催化剂易于回收利用等优点,因而成为水处理领域的研究热点。本文首先介绍了非均相Fenton反应用于降解有机污染物的发展、反应机理以及机理的研究方法。总结了非均相Fenton催化剂的种类,主要包括铁氧化物、其它金属氧化物、金属有机框架材料。重点讨论了提高非均相Fenton催化剂活性及稳定性的方法,包括通过调控催化剂的形貌、尺寸、孔结构使催化剂具有更高的比表面积,将活性组分负载在具有高比表面积的载体上,通过与其它金属复合以及引入光、超声、微波等外场。最后,对非均相Fenton催化技术的发展进行了展望。