磷酸硅锰铝分子筛的合成,结构与性能研究

用不同于专利的方法合成了磷酸硅锰铝分子筛(MnAPSO-5)的纯相,通过顺磁共振谱、红外光谱、X射线光电子能谱、电子探针波谱分析及晶胞参数测定,确证杂原子锰和硅已进入分子筛骨架。并考察了分子筛的酸性、吸附性能及热稳定性。     

蒸汽辅助合成STW结构硅锗酸盐分子筛

采用蒸汽辅助法制备了高稳定性STW结构硅锗酸盐分子筛. 相比于传统水热方法, 使用温和的蒸汽辅助可显著减少模板剂用量, 产物结晶度与骨架Si元素含量更高. 利用X射线衍射(XRD)、 扫描电子显微镜(SEM)、 能量散射谱(EDS)、 热重(TG)分析等技术手段考察了蒸汽辅助合成硅锗酸盐分子筛过程中水对产物结构的影响, 发现随着外加水量的增加, 产物从纯相GeO₂逐渐转化为STW分子筛纯相, 最终变为GeO₂, STW与MFI结构的混相; 此外, 反应物中带入的痕量水可以优先活化Ge元素, 从而在一定程度上决定了产物构型.     

有机硅结构导向剂法合成ZSM-5分子筛

新型分子筛的合成一直是分子筛研究的热点．引入有机试剂,特别是引入季铵碱,可合成许多新型分子筛［１－４］． Ｄａｖｉｓ等［５,６］报道了利用有机硅 ＴＢＡＳｉ（Ｎ－Ｔｒｉｍｅｔｈｏｘｙｓｉｌｙｌｐｒｏｐｙｌ－Ｎ,Ｎ,Ｎ－ｔｒｉ－ｎ－ｂｕｔｙｌａｍ－ｍｏｎｉｕｍ ｂｒｏｍｉｄｅ）, ＴＰＡＳｉ（Ｎ－Ｔｒｉｍｅｔｈｏｘｙｓｉｌｙｌｐｒｏｐｙｌ－Ｎ,Ｎ,Ｎ－ｔｒｉ－ｎ－ｐｒｏｐｙｌａｍｍｏｎｉｕｍ ｂｒｏｍｉｄｅ）为结构导向剂合成了 ＺＳＭ－５和 ＺＳＭ－１１．通过２９Ｓｉ ＮＭＲ研究证明有机硅进入了分子筛骨架…     

利用适用于SAPO-34的有机结构导向剂合成SSZ-13分子筛

硅铝分子筛SSZ-13和硅磷铝分子筛SAPO-34已广泛应用于已商业化的催化应用中, 如甲醇制烯烃反应(MTO)和氨气选择性催化还原反应(NH₃-SCR). 目前, 已有多种商业化的有机结构导向剂(OSDA)可用于制备 SAPO-34, 而用于合成SSZ-13的OSDA仍主要依赖经典的N,N,N-三甲基-1-金刚烷基氢氧化铵(TMAdaOH). 因此, 寻找具有较高性价比且可导向合成高硅铝比(SAR)SSZ-13的OSDAs具有重要意义. 本文使用3种可制备SAPO-34的OSDAs[二异丙胺(DIPA)、 二丙胺(DPA)、 正丁胺(nBA)]替代部分TMAdaOH, 发现即使不加入晶种也可合成出SSZ-13. 采用粉末X射线衍射(PXRD)和固体核磁共振(ss-NMR)分析方法对制备的SSZ-13进行了系统研究. 结果显示, 所合成的具有可调变SARs的SSZ-13负载Cu之后, 在NH₃-SCR性能上与商业化催化剂相当. 此外, 通过研究DIPA和TMAdaOH合成SSZ-13的晶化机理发现, DIPA的加入可以加快结晶过程、 提高产率并防止非晶相的形成. 本文提出的观点可为寻找更高效和商业化的SSZ-13结构导向剂及合成具有特定性质的SSZ-13提供参考.     

高硅Y沸石的合成研究进展

Y沸石的合成及在流化催化裂化中的应用在现代石油化学工业中具有里程碑意义. Y沸石的骨架硅铝比直接影响材料的热/水热稳定性及催化性能. 提高Y沸石的骨架硅铝比、 合理减少酸中心密度、 提高酸强度, 进而改善催化裂化反应性能一直是学术界和工业界关注的重要课题. 目前工业使用的高硅Y沸石均是通过复杂的后处理方法获得的. 与复杂的后处理方法相比, 直接合成高硅Y沸石是更理想的方式, 但其难度大, 为分子筛领域具有挑战性的课题. 本文系统总结了高硅Y沸石的直接合成研究进展, 分别对无机合成体系和有机模板剂合成体系进行综合评述, 并介绍了Y沸石的晶化机理研究进展.     

高水热稳定的有序介孔硅铝分子筛的合成与表征

将焙烧后的SBA-15先后置于微孔BEA沸石前驱体的稀释液和甘油中进行两次高温再结晶, 成功地合成了高度有序的介孔硅铝分子筛MSAMS-4, 并用XRD, TEM, FTIR, NMR和氮气吸脱附等手段对其进行表征. 水热稳定性实验结果表明, 将MSAMS-4 在100 ℃的沸水中处理120 h或在800 ℃的高温蒸气中处理6 h后, 其有序介孔结构仍然保持得相当完好.     

胆碱和*BEA分子筛在硅锗铝IWR分子筛制备中的协同导向效应

分子筛的制备过程一般需要结构导向剂的参与.结构导向剂主要包括碱(土)金属离子、有机胺或季铵盐为代表的有机模板剂和固体晶种等三类.研究合成凝胶中不同结构导向剂之间的作用对于理解分子筛晶化机理意义重大.以往的研究大都集中在模板剂-模板剂、模板剂-碱(土)金属离子和模板剂-同晶之间的相互作用,迄今尚未有模板剂-异晶之间相互作用研究的报道.我们研究组首次发现模板剂和异晶在分子筛制备中存在协同导向效应.在硅锗铝IWR分子筛的合成中,我们考察了不同的季铵碱模板剂和铝源,发现只有使用胆碱作模板剂、*BEA分子筛作铝源才可以成功制得目标分子筛,相同条件下不加入*BEA分子筛或换用MOR、ZSM-5、MCM-22、USY分子筛及异丙醇铝等铝源都无法合成得到IWR分子筛.这说明*BEA分子筛在IWR分子筛的制备中起到了其他铝源所不具备的结构导向作用,因此我们称之为合成IWR分子筛的异晶.为了研究胆碱和*BEA分子筛之间的相互作用,进而揭示模板剂-异晶协同导向制备分子筛的一般规律与反应机理,我们制备了不同晶化时间的IWR分子筛样品,使用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-拉曼光谱(UV-Raman)、固体核磁共振(MAS NMR)和N2物理吸附等手段对这些样品进行了表征.结果显示,加热过程中*BEA分子筛首先发生溶解解离, 72 h后该分子筛相完全消失;12 h开始出现CDO分子筛相,随着晶化时间延长, CDO分子筛先增多后减少,在24 h时达到最大值, 120 h时消失,说明该分子筛是晶化过程的一个中间相;IWR分子筛在12 h开始出现,此后结晶度不断升高,至168 h晶化完全.在上述表征的基础上,我们提出了模板剂-异晶协同导向制备IWR分子筛的晶化机理.IWR分子筛的晶化分为以下5个步骤:(1)*BEA分子筛溶解解离得到硅铝4元环、5元环和6元环等结构单元;(2)胆碱诱导形成硅锗5元环结构单元;(3)硅锗5元环组装生成CDO分子筛;(4)CDO分子筛溶解解离形成硅锗5元环;(5)*BEA分子筛导向的结构单元与胆碱导向的结构单元重组生成IWR分子筛.其中,步骤3和4是一对可逆反应,且可与步骤5同时进行;随着反应物原料的不断消耗,步骤5占据主导,从而导致CDO分子筛完全消失和IWR分子筛的结晶完成.由于胆碱只导向生成5元环结构单元,而构成IWR分子筛骨架结构的4元环和6元环只能由*BEA分子筛提供,因而模板剂和异晶在反应中都不可或缺,二者起到协同导向的作用.分析发现,*BEA分子筛与IWR分子筛具有共同的结构单元(4、5、6元环)和一定的结构相似性是其可以成为异晶、发挥协同导向作用的关键.上述协同导向法的关键在于模板剂和异晶分别导向生成部分结构单元,再经重组得到目标分子筛.这种方法有望用于合成通过传统水热法难以得到的分子筛,并且为新结构分子筛的开发提供新思路.使用协同导向法制备更多种类分子筛的研究正在进行中.     

低温加氢裂解脱除高硅ZSM-5分子筛内TPAOH模板剂

分子筛膜的合成和应用是近年来的研究热点, 特别是具有独特孔道结构的MFI 型分子筛膜. 但由于膜内有机模板剂在高温脱除时会导致膜产生缺陷, 进而影响分子筛膜的应用. 所以分子筛膜及分子筛晶体中有机模板剂的低温脱除工艺一直是研究者们致力解决的问题之一. 本文系统考察了高硅ZSM-5分子筛晶体内有机模板剂(四丙基氢氧化铵, TPAOH)在H₂/N₂气氛下的低温裂解脱除规律, 采用低温加氢裂解工艺, 在350 ℃以下可有效脱除分子筛晶体孔道内的有机模板剂. 通过对裂解后分子筛晶体的比表面积(BET)、热失重(TG)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱和拉曼光谱表征证实, 相比于空气和氮气气氛, 含氢还原性气氛更有利于模板剂的低温脱除, 脱除率随温度的升高而增加; 280 ℃时, 加氢裂解后晶体的BET比表面积已达到252 m²·g^-1, 仍有少量有机残余物; 350 ℃时, 加氢裂解后晶体的BET比表面积可达到399 m²·g^-1, 仅有微量无机碳残余物. 此外, 低温加氢裂解后的分子筛表面相对洁净, 且氨气程序升温脱附(NH₃-TPD)结果表明低温加氢裂解后的ZSM-5 分子筛晶体具有相对较多的酸性位.     

无胺体系高硅铝比丝光沸石的合成

Mordenite has two kinds of pore channels. The main straight channels of 0.67 nm ×0.70 nm (12-membered ring) parallel to the caxis are interconnected with small side-channels of 0.29 nm×0.57 nm (8-membered ring) parallel to the baxis.     

高硅MFI分子筛膜的合成与低温脱除膜内有机模板剂

采用旋涂法在粗糙的α-Al₂O₃载体片上制备出较完备的分子筛晶种层;以四丙基氢氧化铵(TPAOH)为有机模板剂,通过调控合成液的H₂O/Si摩尔比,实现了对分子筛晶体面内优先生长的调控;经过三次水热合成得到致密交联的h0h-轴取向高硅MFI分子筛膜,膜厚约为8 μm(包括~5 μm致密层和~3 μm过渡层)。采用先低温加氢裂解后低温空气氧化的两步法脱除工艺,有效脱除了分子筛膜内的有机模板剂。相比于传统高温煅烧法,该法可以避免分子筛膜因脱除模板剂而形成的较大晶间缺陷。因而采用低温两步法脱除模板剂的分子筛膜片在30 ℃时具有较好的CO₂分离效果,其CO₂/N₂分离因子达到5.2, CO₂渗透通量高达5.8 × 10^-7mol·m^-2·s^-11·Pa^-1。     

利用Taguchi法以高岭土为原料制备高硅NaY分子筛

采用Taguchi试验方法优化出了以高岭土为原料制备高硅NaY分子筛的最佳合成参数,考察了硅溶胶的加入量、反应体系的碱度、加水量以及晶化时间对NaY分子筛硅铝比和结晶度的影响。结果表明,高硅NaY分子筛的最佳合成条件是：反应体系各组分的物质的量比为7.5SiO₂∶1.0Al₂O₃∶2.2Na₂O∶120H₂O,晶化时间为16 h。同时发现,对合成样品性能的影响最为显著的因素是硅溶胶的加入量和碱度。采用X射线衍射、N₂静态容量吸附法和扫描电镜对利用最佳条件所合成样品的硅铝比、比表面积、孔分布以及表观形貌进行了表征。结果显示,以高岭土原料制备的NaY分子筛比参考样品拥有更高的硅铝比和更大的比表面积。     

高硅分子筛MCM-41热稳定性与水热稳定性的初步研究

高硅分子筛ＭＣＭ－４１热稳定性与水热稳定性的初步研究董维阳,龙英才,郜晓琴,许太明,谢关根,高滋（复旦大学化学系,上海,２００４３３）关键词高硅分子筛ＭＣＭ－４１,热稳定性,水热稳定性,环己烷吸附等温线ＭＣＭ－４１是最近几年刚刚发现的中孔分子筛（Ｍ４...     

无有机模板条件下晶种导向合成微孔分子筛晶体材料

沸石分子筛晶体材料(例如Beta, ZSM-34)由于具有独特的物理及化学性质, 被广泛应用于催化、吸附与分离、离子交换等领域. 一般来说, 大多数分子筛晶体材料需要在有机模板剂存在的条件下合成. 然而, 有机模板剂的使用会带来很多问题, 例如, 提高分子筛晶体材料的合成成本、在高温煅烧去除模板剂的过程中, 消耗大量的能量以及带来环境污染. 因此, 开发无有机模板剂合成沸石分子筛新路线具有十分重要的研究意义和实用价值. 近年来, 我们研究小组首先开发了无有机模板条件下晶种导向合成分子筛的新方法, 相继合成出了Beta, ZSM-34, FER和LEV等微孔分子筛晶体材料. 将对这几种沸石的合成进行简要的评论.     

在无有机导向剂条件下采用乙醇为助剂合成高硅沸石

高硅沸石具有优异的热稳定性、水热稳定性、大的微孔体积、高表面积和均匀的微孔孔道,因而广泛应用于催化领域.然而,高硅沸石的合成往往需要使用有机结构导向剂,不但增加了沸石合成成本,而且还产生了大量的三废排放.为了解决这个问题,我们发展了在无有机导向剂存在条件下采用沸石晶种诱导合成沸石的方法,但是该方法合成的沸石产物骨架富铝...     

介孔高硅Y沸石的合成及催化裂化性能（英文）

Y型沸石拥有三维十二元环孔道(孔径0.74 nm)以及超笼结构(直径1.12 nm),在石油冶炼、石油加工、精细化学品合成以及新兴生物油的炼制方面具有重要应用.研究表明,随着Y沸石骨架硅铝比(SiO₂/Al₂O₃,简称SAR)提高,酸中心强度增加,酸密度降低,有助于抑制裂化反应中积碳导致催化剂的失活,并提高催化剂活性;另外,随着沸石骨架硅铝比提高,Y沸石对应热/水热稳定性相应增加,有利于保持催化剂长周期使用性能.Y沸石的大孔结构使其在工业应用中有着显著的优势,然而对于大分子反应物,反应物与沸石内部活性位点的接触以及相应的产物扩散仍限制了其催化性能.介孔沸石同时具有微孔和介孔两类孔道结构,可以克服微孔沸石有限孔径尺寸带来的传质限制,进一步提高反应性能.现在工业上应用的高硅Y沸石均是通过酸脱铝,水蒸汽辅助脱铝等后处理方法获得.虽然后处理过程可以提高沸石骨架硅铝比,并引入适量的介孔结构,改善其在催化裂化反应中的传质性能,但后处理过程工序复杂,耗时耗能,而且会形成脱铝梯度,不利于其催化应用.相对而言,直接合成介孔高硅Y沸石是最理...     

超低硅铝比多级孔ZSM-5分子筛的无模板剂合成

以水玻璃为硅源、Al₂(SO₄)₃·18H₂O为铝源,投料硅铝比SAR=n(SiO₂)/n(Al₂O₃)=40,前躯体凝胶pH=11.2、Na₂O/SiO₂=0.18、 H₂O/SiO₂=43、m(晶种)/m(SiO₂)=0.16,不添加任何模板剂条件下合成了具有多级孔结构的超低硅铝比ZSM 5分子筛,其结构经²⁷Al NMR, SEM-EDS, Py-IR, NH₃-TPD, XRD和N₂-吸脱附表征。SEM结果表明ZSM-5分子筛晶体为侧面呈“维管束”状的长方体;EDS分析表明其表面硅铝分布具有显著不均一性：顶底表面SAR=20,侧面SAR=13。NH₃-TPD分析表明：该ZSM-5分子筛整体具备可观的弱酸总酸量(1.9 mmol·g^-1),且以Lewis酸为主。N₂吸脱附实验表明：ZSM-5分子筛存在明显的介孔结构,属同时含有微孔-介孔结构的多级孔、超低硅铝比ZSM-5分子筛。     

不同结构导向剂合成不同硅含量SAPO-34分子筛的酸性质

SAPO-34分子筛由于其独特的拓扑结构和适宜的酸性,在以甲醇制烯烃(MTO)和氨气选择性催化还原NO_x (NH₃-SCR)为代表的系列催化反应中显示了优良的性能,因此吸引了研究者的广泛关注。但是,在合成过程中如何通过选择有机模板和控制硅含量来得到合适酸量的SAPO-34催化剂是极具挑战的。本文中,四个系列的SAPO-34分子筛,即分别由四乙基氢氧化铵(TEAOH)、二异丙胺(DIPA)、正丁胺(nBA)和吗啉(MOR)为有机模板剂合成不同硅含量的样品,通过热重量分析(TG),结构精修和固态核磁进行了研究。TG和结构精修结果显示在TEAOH和DIPA合成的SAPO-34分子筛cha (一种复合结构单元)笼子中只有一个结构导向剂而MOR和nBA合成的SAPO-34分子筛的cha笼中有两个。采用固态核磁氢谱(¹H ss-NMR)探究碱性探针分子氘代乙腈(CD₃CN)和分子筛骨架之间主客体的相互作用,并对其酸性(酸量和酸强度)进行了系统的研究。例如,TEAOH合成的SAPO-34分子筛随着硅含量的增加酸强度增加而酸量却保持着不变。而DIPA合成的SAPO-34,与前者存在较大的差异,即随着硅含量的上升,酸量显著下降而酸强度只发生了微小的变化。该工作为SAPO-34分子筛催化剂酸性的定向调变提供了理论基础。     

系列硅铝比纳米薄层ZSM-5分子筛的合成和表征

以自制不对称双子季铵盐表面活性剂为模板, 在水热合成体系中控制合成系列硅铝比纳米薄层ZSM-5分子筛.采用X射线衍射(XRD)、N₂吸附-脱附、X射线荧光光谱(XRF)、扫描电镜(SEM)和²⁷Al魔角旋转核磁共振(²⁷Al MAS-NMR)对合成的样品进行了表征. 详细研究了晶化温度、晶化时间、结构导向剂(SDA)用量、碱度等对合成的影响和纳米薄层ZSM-5分子筛的形成过程. 结果表明: 分子筛硅铝比越高, 结构导向剂用量越大, 所需的晶化时间越短; 晶化温度越高, 晶化时间越短; 且不同硅铝比纳米薄层ZSM-5分子筛的形貌规整度、比表面积和介孔/微孔孔容比例随着硅铝比而变化.     

导向剂法合成低硅X型沸石(LSX)

利用导向剂法(CDA)合成低硅[n(SiO₂)/n(Al₂O₃)≈2.0]X型沸石,用XRD,X射线荧光光谱测定样品的晶相及化学组成,并利用电子衍射对导向剂在老化过程中的结构变化进行了研究.结果表明,导向剂法合成速度快、杂晶极少.在晶化过程中的导向作用是一个持续过程,其活性不仅与配方、老化时间和温度有关,而且与其晶面的生长有关.