固体核磁共振技术在锡硅分子筛表征中的应用

生物质等绿色资源的高效转化利用是催化科学的重要发展方向.锡硅分子筛因具有优良的催化性能而得到相关研究者的普遍关注.准确构建催化剂活性中心结构/酸性与催化反应性能之间的构效关系是新型高效催化剂设计与研发的基础.固体核磁共振（NMR）是研究分子筛活性中心局域结构、酸特性与催化反应机理的重要手段.本文简述了近年来固体NMR技术在锡硅分子筛研究领域的一系列主要进展,并进行了展望.     

煤直接液化油中混合酚的分离研究

利用分子筛择形特点，对煤直接液化油中的混合酚实施高效分离。本研究选取间甲酚和对甲酚作为分离煤直接液化油馏分段混合酚的模型化合物，采用化学液相沉积法对HZSM-5吸附剂的孔口结构进行改变，分析分子筛硅铝比及颗粒粒径对模型化合物间甲酚和对甲酚吸附分离性能的影响，以获得高性能固相吸附剂，并将其应用于180-190℃馏分段混合酚分离。结果表明，当分子筛硅铝比为25、粒径为3-5 μm时，分子筛的孔口结构调节效果最优；当正硅酸乙酯的最小用量为0.2 mL/g时，固相吸附剂的吸附量为0.03 g/g，对甲酚选择性高于95%。由于外表面沉积物对吸附剂的孔口结构变化，导致对甲酚选择性的提高。进一步采用HZSM-5（1）吸附剂对真实煤直接液化油混合酚的分离中发现，苯酚和对甲酚的选择性均达到100%。     

C_(2~6)烯烃在H-ZSM-5分子筛周期性模型上吸附的理论研究

采用密度泛函理论中的PBE-D方法研究了C2~6直链烯烃以及丁烯异构体在H-ZSM-5分子筛周期性模型上的吸附行为。结果表明,对于C2~6直链烯烃,随着碳数的增加,烯烃的吸附能以-12 kJ/mol的常数线性增大,体系中色散校正能ED以-13 kJ/mol的常数线性增大,而不考虑范德华力的能量E*随碳数增加变化不大,只在C5和C6时由于空间阻力凸显而减小。ED显著大于E*,说明烯烃在分子筛孔道中吸附时范德华力起主要作用,且碳数增加其影响增大。丁烯异构体吸附能大小顺序为:反式-2-丁烯顺式-2-丁烯正丁烯异丁烯。正丁烯的3种异构体ED相近且都比正丁烯的大,3种异构体的吸附能差异由E*不同引起。差分电荷密度分析表明,烯烃双键与酸性中心之间有电子聚集,且聚集程度与π配位作用相一致,而且酸性中心H原子有质子化趋向,O原子及其周围电子增加。     

添加剂PVP和MTS对合成Beta分子筛结构与性能的影响

分别以铝酸钠和硅溶胶为铝源和硅源,四乙基氢氧化铵为模板剂,在水热条件下,考察了添加剂(聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和甲基三乙氧基硅烷(MTS))对合成Beta分子筛结构与性能的影响,并通过XRD、TEM、BET、ICP、~(29)Si-NMR和NH_3-TPD等方法对合成样品进行了结构表征和作用机理讨论,同时以催化裂化异丙苯为模型反应评价其催化性能。结果表明,与传统Beta分子筛相比,加入PVP后所得样品具有更高结晶度和较高的硅铝物质的量比(25.68)以及较大的比表面积(772 m~2/g);而加入MTS后尽管具有较大比表面积(657 m~2/g)和较高硅铝物质的量比(25.76),但是结晶度却相对降低,且粒径减小(160-320 nm)。两种添加剂作用下所得样品均具有更多酸量,在催化裂化异丙苯的反应中表现出较高的催化活性。     

中孔分子筛Al/SO42-/Al-MCM-41的合成、表征及催化性能

分别用H2SO4和Al2(SO4)3对中孔分子筛Al-MCM-41进行改性,得到了中孔分子筛SO42-/Al-MCM-41和Al/SO24-/Al-MCM-41。采用X射线多晶衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、N2吸附-脱附和NH3程序升温脱附(NH3-TPD)等测试技术对样品的结构和表面酸性进行了表征。分别用Al-MCM-41、SO24-/Al-MCM-41和Al/SO24-/Al-MCM-41催化合成丙酸香叶酯,比较了三者的催化性能。结果表明,用Al2(SO4)3改性中孔分子筛Al-MCM-41,能得到仍保持着六方介孔结构的中孔分子筛Al/SO24-/Al-MCM-41,其酸性和催化性能比用H2SO4改性得到的SO24-/Al-MCM-41更强;用Al2(SO4)3改性不仅SO24-附着在了分子筛骨架上,而且Al也接枝在了分子筛骨架上。     

CoSAPO-34分子筛的合成、表征及其光催化脱氮性能

利用水热合成法,以三乙烯四胺（TETA）为模板剂,正硅酸乙酯、磷酸、氢氧化铝及乙酸钴为原料,合成了CoSAPO-34分子筛。通过扫描电子显微镜（SEM）、粉末X射线衍射（XRD）、热重（TG）、N2吸附-脱附和紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）等方法对合成的分子筛进行表征。以吡啶-正辛烷体系为模拟油品对分子筛催化剂的脱氮效果进行评价,考察了样品的用量、光催化时间及循环催化次数对其脱氮性能的影响。结果表明：当合成原料的物质的量之比为n_P2O5：n_AL2O3：n_SiO2：n_Co：n_TETA=1：0.26：0.82：0.81：2.05,在200 ℃晶化24 h,合成得到粒径约为50 μm、仍保持了SAPO-34分子筛的骨架结构、形貌为立方体的CoSAPO-34分子筛,而且该分子筛具有较好的热稳定性。在500 W氙灯光照条件下反应150 min,样品对质量分数为100 μg·g^-1模拟油品的脱除率达到70%,循环3次光催化脱氮活性基本保持不变。     

含氟体系中高性能T型分子筛膜的合成

含氟体系中,在负载晶种的大孔莫来石支撑体表面快速合成了高性能且取向生长的T型分子筛膜。采用XRD、SEM和MASNMR等手段对分子筛膜层和粉末进行表征。讨论了添加物、氟硅比、合成温度和合成时间等条件对膜生长与分离性能的影响,并阐述了含氟体系中T型分子筛膜快速晶化的机理。碱金属氟盐的加入促进了T型分子筛晶体层的晶化速率,并对晶体层形貌产生了一定的影响。膜应用于75℃、水/异丙醇（10：90,w/w）体系的平均渗透通量和分离因子分别为（4.91±0.18）kg·m^-2·h^-1和7060±1130。     

晶种导向下干胶法合成ZSM-5分子筛

以廉价水玻璃为硅源,在晶种替代有机模板剂的条件下采用干胶法合成了ZSM-5分子筛。利用XRD、SEM、TEM、FTIR、N₂吸附-脱附和NH₃-TPD等分析方法对合成样品进行了表征和测试,考察了合成条件对ZSM-5分子筛晶化过程的影响。结果表明,在硅铝比（n/n）为30~70,钠硅比（n/n）为0.12~0.20时都可以得到结晶度良好的ZSM-5分子筛。研究发现,干胶法合成ZSM-5,在不引入外加水的情况下也可以得到ZSM-5样品,外加水的引入能够有效地提高晶化速率;与水热法合成ZSM-5分子筛相比,干胶法可以显著地缩短晶化时间,同时,合成样品的晶体尺寸也有所减小。     

Al-MCM-41 负载离子液体双酸位催化剂及制备生物柴油

采用不同硅铝比的MCM-41负载离子液体,制备得到一系列负载型双酸位催化剂,并用XRD、FTIR、N₂-吸脱附、热重分析及TEM对其进行表征,以大豆油与甲醇的酯交换反应为探针实验考察了其催化活性.结果表明,离子液体成功固载于介孔分子筛并能保持其介孔结构,且在酯交换反应中表现出良好的反应活性.在ILs负载量为30%,醇油物质的量的比为36:1,140 ℃下反应5 h,生物柴油收率在90%以上;而分子筛中Al的引入为活性组分离子液体构建了有益的酸环境,促进了其催化活性的提高;与均相离子液体相比,负载型催化剂又能明显提高生物柴油的收率,且回收利用4次后,生物柴油收率仍接近88%.     

CuSAPO-5分子筛的合成、表征及对甲苯吸附性能

采用水热合成法,以三乙烯四胺（TETA）为模板剂,合成CuSAPO-5分子筛。通过扫描电子显微镜（SEM）、粉末X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、热重（TG）、N₂吸附及元素分析等手段对分子筛样品进行表征,考察了不同硅铝比对合成分子筛晶体的影响,并测定了分子筛样品对甲苯的吸附性能。结果表明,将合成液的pH值调节为4.8～5.0,于150～170℃晶化1 d,可合成晶体形貌为球体的CuSAPO-5分子筛,粒径约为30 μm。分子筛样品具有较好的热稳定性,仍保持了SAPO-5分子筛的AFI骨架结构,属于微孔分子筛,孔径约为0.70nm,比表面积约为265 m²·g^-1。元素分析结果表明分子筛中P、Si、Al和Cu的含量分别为12.56%、4.48%、7.17%和6.25%。样品对甲苯的吸附约在120 min时达到饱和,吸附量约为180 mg·g^-1。