以N,N'-二甲基乙二胺为模板剂合成磷酸硅铝分子筛DNL-6及其在催化中的应用

磷酸硅铝类分子筛由于其温和的酸性以及良好的热稳定性和水热稳定性在催化领域得到了广泛的应用.例如SAPO-34分子筛具有优异的催化甲醇制烯烃反应的催化活性,经过铜离子交换后的Cu-SAPO-34分子筛在选择性催化还原NOx过程中体现了良好的活性及稳定性.在磷酸硅铝分子筛的合成过程中往往需要使用有机胺或铵盐作为有机结构导向剂.导向剂起到了溶解原料、导向结构、匹配电荷、填充骨架空间等复杂的作用,因此开发新型的有机结构导向剂是调节磷酸硅铝分子筛晶相、形貌以及酸性位点分布的最重要的手段.DNL-6分子筛是由本课题组首次报道的具有RHO拓扑结构的磷酸硅铝分子筛,由于其丰富的酸位点以及适宜的孔口尺寸在CO2/CH4和CO2/N2吸附分离过程中体现出良好的应用前景.此外由于DNL-6分子筛具有非常强的酸性(接近H-ZSM-5),在DNL-6分子筛上首次发现MTO反应过程中的活性中间体七甲基苯基碳正离子.截止目前为止二乙胺是唯一被报道的成功导向DNL-6分子筛的有机胺模板剂,在水热合成过程中必须使用阳离子表面活性剂以防止DNL-6分子筛的溶解与转晶,同时产品的组成调节困难.本论文主要报道了一种新型的有机胺模板剂N,N'-二甲基乙二胺在水热条件下成功导向具有很高的结晶度与较高的硅含量范围(20%–35%)的DNL-6分子筛,对DNL-6产物进行X射线衍射、X射线荧光分析、X射线光电子能谱、扫描电镜以及氮气物理吸附等一系列系统表征.热重分析表明DNL-6分子筛α笼中较大的模板剂容纳量(单位α笼中容纳4.4个模板剂分子)是成功得到具有超高硅DNL-6分子筛(硅摩尔含量达36.4%)的原因.结合固体魔角旋转核磁(13C,29Si,27Al,31P以及多量子27Al)对分子筛骨架的原子配位环境的分析以及XPS表征表明超高硅DNL-6分子筛具有复杂的硅环境分布,晶粒外表面以酸密度很低的大面积硅岛为主,沿晶粒半径方向向晶体内部硅含量逐渐下降同时硅岛面积逐渐减小,晶粒中心的硅环境主要以Si(4Al)为主.由于超高硅DNL-6分子筛较强的酸强度、合适的酸位点分布以及狭窄的孔道尺寸在甲醇氨化反应中得到了超过88%的甲醇转化率以及85%的甲胺+二甲胺选择性.     

SAPO-11分子筛改进合成及正十二烷加氢异构化性能

用二乙胺作模板剂,在较短晶化时间的水热条件下合成出不同Si/Al比的SAPO- 11样品。Si/Al比升高,结晶度下降,晶粒变小。~(29)Si NMR谱表明Si/Al比为0. 33的SAPO-11的SAPO区与Si区的交界区明显扩大,与之对应的NH_3-TPD也表明有较 高的中强酸/弱酸比例。样品担载Pd后对正十二烷的加氢异构化反应表明,交界区 扩大的Si/Al = 0.33的样品有最高的加氢异构化得率和选择性。     

磷铝系列分子筛催化剂的制备、表征及催化丁烷转化反应的研究

 合成了AlPO－11,SAPO－11及其含杂原子Co或Mn的磷铝系列分子筛．XRD结果证实,合成产物均具有AEL分子筛晶体结构．用X射线荧光光谱测定了晶体的元素组成,并用NH3－TPD考察了样品的酸性和酸分布．在以合成的分子筛为基质所制备的催化剂上进行了丁烷异构化和一步异构脱氢反应．结果表明,载0．3％Pd的SAPO－11分子筛催化剂具有最高的丁烷异构化选择性,而在丁烷一步异构脱氢反应中,含金属杂原子的催化剂具有更高的异丁烯选择性．     

SAPO-34分子筛晶化过程中硅进入骨架的方式和机理

采用 Ｘ Ｒ Ｄ, Ｓ Ｅ Ｍ, Ｉ Ｒ 和 Ｎ Ｍ Ｒ 等手段考察了 Ｓ Ａ Ｐ Ｏ３４ 分子 筛的晶化过 程,深入研 究了晶化过程中硅进入 Ｓ Ａ Ｐ Ｏ３４ 晶格 骨架的方式和机理． 结果表明 ,在 Ｓ Ａ Ｐ Ｏ３４ 分子筛的整个晶化过程中没有 Ａｌ Ｐ Ｏ３４ 分 子筛晶相生成． 在 初始 凝 胶的 制备 过 程中, 模板 剂 的添 加和 混 合凝 胶的 老 化处 理对 Ｓ Ａ Ｐ Ｏ３４ 晶化过程的进行起着关键性的作用． 晶化前 期（ ＜ ２５ ｈ） , 硅原子直接参与晶核的形成和晶粒的长大过程,形成 Ｓｉ（４ Ａｌ） 结构,此阶段基本上 可以排除硅取代磷机理的作用; 晶化后期（ ＞ ２５ ｈ） ,少量硅以取代方式进入分子 筛骨架形成 Ｓｉ（ ｎ Ａｌ）（ ｎ ＝ ０ ～４） 多种硅结构     

Fabrication of SAPO‐34 with Tuned Mesopore Structure

Crystalline SAPO‐34 molecular sieves with hierarchical network were synthesized employing polyethylene glycol (PEG) as the meso‐generating agent via a self‐assembly strategy. XRD, FESEM, N₂ adsorption‐desorption and FT‐IR spectroscopic analyses showed that PEG co‐template has a decisive role in tailoring the pore structure and producing a tuned structure from microporous towards the mesoporous structure. Also, addition of PEG favored the formation of more uniform and smaller crystals than the conventional SAPO‐34. In fact, PEG did not only control the size of crystals due to its crystal growth inhibiting (CGI) effect but also modified the morphology of the crystals and improved CSD (crystal size distribution) along with induction of mesopores into the porous structure. The modified SAPO‐34 would be recommended for selective formation of light olefins through the acid‐catalyzed reactions, such as the conversion of methanol to olefins/propylene (MTO/MTP) and propane dehydrogenation (PDH) to produce olefins with higher selectivity and catalyst stability than the conventional SAPO‐34.     

Themed Issue Dedicated to Professor Ruren Xu onthe Occasion of his 90th Birthday

Aluminophosphate(AlPO) and silicoaluminophosphate(SAPO) molecular sieves are an important class of open-framework crystalline materials with wide applications thanks to their molecular-scale selectivity, moderate/strong acidity and excellent (hydro)thermal stability. In recent decades, the manufacturing of new microporous solids with ordered structures has been widely investigated and many effective methods have been developed, which enriches the material types and broadens their applications beyond the traditional use as catalysts and adsorbents. However, the development on the synthesis of AlPO/SAPO molecular sieves is still insufficient and lags behind the needs of applications. Herein, we summarize the work on the seed-assisted synthesis of AlPO/SAPO molecular sieves compared with the zeolite synthetic system, aiming to prompt the synthesis and application of AlPO/SAPO molecular sieves.     

有机硅烷辅助合成特殊形貌SAPO分子筛

以异丙胺(IPA)为模板剂, 3-哌嗪基丙基甲基二甲氧基硅烷(PZPMS)为助剂, 水热合成出由纳米片组装而成的鸟巢状SAPO-5和纳米晶组装体SAPO-34. 考察了模板剂、 有机硅烷和硅投料量对晶化的影响, 发现合成产品的晶相和形貌随有机硅烷的添加依次变为SAPO-14, SAPO-5和SAPO-5/SAPO-34的混相. 固定PZPMS的量不变, 产物晶相随硅烷投料量的增加从SAPO-5逐渐转变成SAPO-34分子筛. 对合成的特殊形貌SAPO分子筛进行了表征, 并结合对比实验揭示PZPMS与IPA的复配是获得特殊形貌SAPO分子筛的关键. 此外, 所制备的SAPO-34样品由于良好扩散传质性能, 在甲醇制烯烃(MTO)反应中显示了优异的催化性能, 乙烯加丙烯选择性最高可达86.95%.     

模板剂种类、浓度、硅源对SAPO-5分子筛结构性质的影响

研究了模板剂种类、浓度及硅源等因素对ＳＡＰＯ５分子筛结构、性质及酸催化性能的影响．结果表明，在合成ＳＡＰＯ５分子筛时，较合适的模板剂为三乙基胺或四乙基氢氧化铵．模板剂对分子筛结构的影响在于其空间效应，对酸性的影响在于其对硅反应性能和骨架硅含量的改变．不同硅源对分子筛骨架中的硅含量和酸性有较大的影响．得到较强酸性ＳＡＰＯ５分子筛催化剂的条件是：采用三乙胺模板剂和正硅酸乙酯．     

不同空间群SAPO－11分子筛对正辛烷异构化反应的催化性能

 不同条件下合成的SAPO－11分子筛，经焙烧后其XRD谱发生不同的变化．分析表明，SAPO－11分子筛晶胞的对称性发生不同的变化：有保持Icm2空间群的，有从Icm2空间群转变为Pna21空间群的．空间群发生变化的分子筛其晶胞收缩可达7．0％．考察了不同空间群SAPO－11分子筛对n－C08异构化反应的催化性能．结果表明，具有Icm2空间群的SAPO－11分子筛的催化性能好，具有Pna21空间群的SAPO－11分子筛的催化性能差．这是由于分子筛晶胞收缩，引起孔道结构发生变化，从而影响了其择形选择性．     

SAPO-34分子筛晶化机理的研究

采用ＸＲＤ，ＳＥＭ，ＩＲ和ＣＰ／ＭＡＳ及ＭＡＳＮＭＲ等手段，对快速水热合成ＳＡＰＯ３４分子筛的全过程进行了监测，研究了由原始凝胶到ＳＡＰＯ３４结晶体过程中固相物质的组成结构随晶化时间的变化规律．结果表明，ＳＡＰＯ３４晶核的形成过程既是一个硅氧、磷氧和铝氧四面体由无序排列的胶团到有序排列的晶格骨架的重排过程，同时又是羟基缔合脱水环化的过程．晶化分为晶化前期和晶化后期两个阶段．晶化前期，硅原子直接参与晶核的形成和晶粒的长大过程，生成Ｓｉ（４Ａｌ）结构；晶化后期，少量硅以同时取代一对磷铝原子的方式进入分子筛骨架形成Ｓｉ（３Ａｌ），Ｓｉ（２Ａｌ），Ｓｉ（１Ａｌ），Ｓｉ（０Ａｌ）等多种硅结构．但在整个晶化过程中Ｓｉ（４Ａｌ）结构的生成并不排除硅单独取代磷机理的共同作用．