乙硫醇在MFI和MOR沸石中扩散行为的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟计算了乙硫醇分子在MFI和MOR两种拓扑结构沸石中的动力学性质，比较了乙硫醇不同负载量和沸石晶格原子刚性和柔性两种状态下乙硫醇分子在沸石孔道中扩散系数的大小。模拟结果表明，对于这两种沸石，负载量增加，扩散系数减小。对于MFI沸石，在刚性和柔性沸石结构的情况下，扩散系数分别为3×10－10m2/s和4×10－9m2/s；对于MOR沸石，在刚性和柔性结构的情况下，扩散系数分别为2×10－7m2/s和3×10－8m2/s。对于MFI沸石，柔性结构下的扩散系数比刚性结构下的扩散系数要大，而对于MOR却呈现出相反的行为。对比这两种沸石，MOR中的扩散系数要比MFI沸石中大，这是因为乙硫醇分子在MOR12元环中扩散更易进行所致。相互作用能的计算结果表明，MFI中交叉型和直型孔道活性位相近，MOR孔道中12元环与4元环孔道相差较大。     

四氢呋喃与全硅FER，MTN，MOR和MFI沸石骨架相互作用的计算机模拟

结合分子动力学（MD）方法和能量最小化（EM）方法模拟了四氢呋喃（THF） 分子作为模板剂与全硅FER，MTN，MOR和MFI沸石骨架的相互作用，判断其在这些沸 石中的最佳结合位置。在FER沸石中，THF优先占扰[8~26~26~45~8]笼。在MIN沸石 中，只能分布在[5~(126~4)]笼中。在MOR沸石中，位于十二元环孔道内时与骨架作 用较强，而在MFI沸石中，处于十元环弯曲孔道中作用较强。相对而言，该分子与 FER，MTN相互作用较强，与MOR，MFI的相互作用较强。根据模拟结果，计算THF分 子中氢、氧原子与骨架氧原子的质心距离，研究了该分子与骨架空腔和孔道的匹配 情况，讨论了THF诱导这些沸石形成的模板作用。     

1,5-己二烯和苯对NiY分子筛脱硫性能的影响

利用固定床、傅里叶红外光谱(FT-IR)及频率响应(FR)等方法研究了1,5-己二烯和苯对NiY分子筛脱硫性能的影响机理. 结果表明, 吸附剂的选择性吸附脱硫性能随着模拟燃料中1,5-己二烯和苯含量的增加而显著降低, 苯的影响比1,5-己二烯更显著. 1,5-己二烯和苯影响NiY脱硫的机理不同, 在吸附剂表面质子酸的作用下, 烯烃与噻吩发生催化反应, 噻吩开环生成烷基噻吩类大分子化合物, 这类吸附堵塞分子筛的孔道, 阻碍硫化物分子进入超笼与其中的金属阳离子吸附活性中心发生吸附作用. 通过FR光谱观察, 得知吸附过程是噻吩在NiY分子筛中传质过程的速控步骤, 扩散过程是苯在NiY分子筛上动力学过程的速控步骤, 这使噻吩从吸附中心上置换下来的苯不易从分子筛孔道中扩散出去, 从而阻碍了噻吩在吸附中心上的吸附.     

硅沸石完美骨架上的吸附Ⅲ.氯氟烃在MFI和FAU上的吸附热

测定不同温度下三种氯氟烃F-11(CFCl3),F-12(CF2Cl2)和F-22(CHF2Cl)在疏水高硅MFI和FAU沸石上的吸附等温线,以研究其吸附热效应。根据Clapeyron-Clausius方程,由吸附等温线,计算不同覆盖度C的等量吸附热Qst(C)和平均吸附热Qst^*(△Ha)。上述吸附质在两种沸石上吸附热的大小顺序均为：△Ha(MFI)＞△Ha(FAU)。在同种沸石上,吸附热的大小顺序为：△Ha(F-11)＞△Ha(F-12)＞△Ha(F-22).298K时的吸附等温线和△Ha的变化趋势显示,对能允许氯氟烃分子自由进出其孔道的FAU沸石,吸附质分子越大,低分压吸附量(V)越大,吸附热(△Ha)也越大。而孔道对吸附质分子有空间限制作用的MFI沸石,其吸附热、分子尺寸与饱和吸附量(Vm)间关系比较复杂。选择去除氯氟烃的沸石吸附剂应综合考虑△Ha与饱和吸附容量Vm。     

硅沸石完美骨架上的吸附Ⅲ.氯氟烃在MFI和FAU上的吸附热

测定不同温度下三种氯氟烃F-11(CFCl3),F-12(CF2Cl2)和F-22(CHF2Cl)在疏水高硅MFI和FAU沸石上的吸附等温线,以研究其吸附热效应。根据Clapeyron-Clausius方程,由吸附等温线,计算不同覆盖度C的等量吸附热Qst(C)和平均吸附热Qst^*(△Ha)。上述吸附质在两种沸石上吸附热的大小顺序均为：△Ha(MFI)＞△Ha(FAU)。在同种沸石上,吸附热的大小顺序为：△Ha(F-11)＞△Ha(F-12)＞△Ha(F-22).298K时的吸附等温线和△Ha的变化趋势显示,对能允许氯氟烃分子自由进出其孔道的FAU沸石,吸附质分子越大,低分压吸附量(V)越大,吸附热(△Ha)也越大。而孔道对吸附质分子有空间限制作用的MFI沸石,其吸附热、分子尺寸与饱和吸附量(Vm)间关系比较复杂。选择去除氯氟烃的沸石吸附剂应综合考虑△Ha与饱和吸附容量Vm。     

噻吩分子及其与异辛烷二元混合物在MCM-22分子筛中吸附的蒙特卡罗模拟

应用巨正则蒙特卡罗模拟方法研究了噻吩分子以及噻吩与异辛烷混合物在MCM-22分子筛中的吸附和分布. 通过模拟获得了噻吩分子在MCM-22分子筛中不同温度(298、363 和393 K)下的吸附等温线和等量吸附热, 以及298 K时噻吩和异辛烷分子二元混合物在MCM-22分子筛中的吸附及分布情况. 结果表明, 吸附温度和吸附压力对噻吩分子在MCM-22分子筛吸附都有影响, 但等量吸附热受温度和吸附量影响较小. 对于二元混合物的吸附, 噻吩和异辛烷在分子筛中存在竞争吸附过程, 噻吩能够大量吸附在MCM-22分子的十元环和超笼中, 而异辛烷主要吸附在MCM-22分子筛的超笼系统, 从而可以将噻吩分子与异辛烷分子分离开来.     

短链烷烃二元混合物在分子筛上吸附分离的分子模拟

用巨正则是系综Monte Carlo(GCMC)与构型偏倚(CBMC)相结合的方法模拟了 MFI分子筛对甲烷-丙烷、乙烷-丙烷体系(300K，345kPa)的吸附平衡，模拟结果与 文献实验结果相吻合，分别模拟了FER，ISV，MEL，MFI，MOR，TON等六种分子筛对 甲烷－丙烷、乙烷－丙烷体系（300K，345kPa）的吸附，得出甲烷－丙烷体系中分 子筛对较长链烷烃的选择性大小顺序（气相乙烷摩尔分数为0.5时）为ISV＞MEI＞ MEL＞FER＞TON＞MOR,对乙烷－丙烷体系选择性大小顺序（气相乙烷摩尔分数为0. 5时）为ISV＞MOR＞MFI＞FER＞MEL＞TON. MOR型分子筛对两个不同体系的吸附行为 表现出明显的不同，两个体中ISV的吸附量均最大，MFI，MEL，FER次之，此三种分 子筛具有相拟的吸附量，MOR和TON型分子筛吸附量较低。     

全硅沸石上有机吸附物亲和性指数的研究

用热分析技术，研究含有不同官能团的有机吸附质分子如：直链烷烃、直链烷 基胺、直链烷基醇等，在结构完美全硅FER,MFI, FAU沸石孔道中的程序升温脱附行 为，测定它们在这些沸石上的吸附量及亲和性指数A_T值，研究孔道半径对亲和性 指数A_T值的影响。结果表明，与沸石Si-O骨架“亲”性强的吸附质的Ar值，随孔 道半径的减小而降低；“憎”性强的的吸附质的Ar值与孔道半径的关系，则呈相反 趋势。     

CO_2、CH_4在全硅MFI和MFI(2Na~+)沸石吸附的分子模拟

采用巨正则蒙特卡洛(GCMC)方法研究了CO2、CH4在全硅MFI沸石和MFI(2Na+)沸石中的吸附行为,计算获得了CO2、CH4在两种架构中的吸附等温线、吸附能量分布曲线和粒子云分布图,结果表明,CO2、CH4纯组分在较低压力下即有较高的吸附量,并且吸附量随压力的升高而增加,随温度的升高而小幅减少,其混合组分在两架构中均发生明显的竞争吸附行为;Na+的存在可提高MFI型沸石对CO2的吸附能力并改善其选择性。     

FER型沸石的合成、结构与吸附性质

在TMEDA(四甲基乙基二胺)-Na2O-SiO2-Al2O3-H2O体系(I),Na2O-K2O-Al2O3-SiO2-H2O-HCO3^--CO3^2^-体系(II)及Py(吡啶)-PrNH2(正丙胺)-HF-SiO2-H2O体系(III)中, 分别合成了纯相FER沸石及FER硅沸石。用粉末XRD, FT-IR, 29Si MAS NMR及TG/DTA等表征其结构性质, 并用超微量电子真空吸附天平测定这些沸石样品对正己烷, 甲醇和水的吸附等温线。结果表明: 各体系合成的样品虽然结晶度高, 呈现出FER沸石的典型结构特征, 但由于它们的组成和晶格微结构不同, 热稳定性与吸附性质有明显的差异。在(I)体系中合成的FER沸石层错缺陷少, 晶格完美, 正己烷与甲醇的吸附量可达到理论值, 结构破坏温度为1190℃。红外精细谱及29Si MAS NMR高分辨谱证明FER硅沸石具有十分完美的骨架结构。由于晶胞收缩, 它对正己烷与甲醇吸附量略低于理论值, 并呈现出高度的疏水性。它的结构破坏温度高于1300℃。在(II)体系中合成的FER型沸石结构缺陷多, 沸石孔中的钾离子不易被质子完全交换。它的正己烷与甲醇吸附量均较低, 而水的吸附量相对较高。吸附现象表明, 正己烷和甲醇都被吸附于FER沸石的十元环主孔道中, 分压较高时, 甲醇可通过八元环进入小笼, 而水的吸附性质则主要与各样品的Si-OH缺陷及骨架中的阳离子含量有关。     

烃在HZSM-5沸石上的程序升温脱附

本文研究了烃在HZSM-5沸石上的程序升温脱附(TPD).正己烷、环己烷和苯的TPD谱只有一个陡峰,对和间二甲苯的TPD谱均呈现出双峰.实验测得脱附活化能的次序为:正己烷>对二甲苯>苯>环己烷.水汽处理对正己烷的TPD影响不大;但对二甲苯的TPD影响较大.随着吸附量的增大,二甲苯逐渐占据孔道深处的强活性位置.     

The adsorption and localization of mixtures of C4-C7 alkane isomers in zeolites by computer simulation

Grand canonical Monte Carlo and configurational-bias Monte Carlo techniques were employed to simulate the adsorption of binary mixtures of C(4)-C(7) alkane isomers in ISV and MOR zeolites at 300 K, and the results were compared to that in MFI. Unlike in MFI, the amount of adsorption of the linear and branched alkanes all increases with pressure increasing in ISV and MOR for 0.5-0.5 gas-phase mixtures. The location of alkane isomers is astatic, and it does not exhibit obvious orientation in ISV and MOR. The interaction energy of 2-methylpropane-zeolite is obviously higher than that of n-butane-zeolite in MFI. As to ISV and MOR, the interaction energy between 2-methylpropane and zeolite is a little lower than that between n-butane and zeolite. It can be found that the zeolite MFI behaves quite differently in adsorption from ISV and MOR.     

The study of thiophene adsorption onto La(III)-exchanged zeolite NaY by FT-IR spectroscopy

Zeolites NaY and LaNaY (ion-exchanged with aqueous lanthanum nitrate solution) were used as adsorbents for removing organic sulfur compounds from model gasoline solutions (without and with toluene) and fluid catalytic cracked gasoline in fixed-bed adsorption equipment at room temperature and atmosphere pressure. The adsorptive selectivity for organic sulfur compounds was significantly increased when Na(+) ions in zeolite NaY were exchanged with lanthanum ions. IR spectra of thiophene adsorption indicate that thiophene is adsorbed onto La(3+) ions via direct S-La(3+) interaction and Na(+) ions via pi-electronic interaction for La(3+)-exchanged zeolite NaY, but only via pi-electronic interaction with Na(+) ions for NaY. The amount of adsorbed thiophene on La(3+)-exchanged zeolite Y was slightly decreased by coadsorption of benzene, but greatly reduced on NaY. The adsorption of thiophene via interaction with La(3+) on La(3+)-exchanged zeolite Y is hardly replaced by benzene coadsorption. The direct S-La(3+) interaction might be the essential reason for the evidently improved adsorptive selectivity of LaNaY for removing organic sulfur compounds from solutions containing large amount of aromatics.     

苯和1-辛烯对Ce(IV)Y分子筛选择性吸附脱硫的影响

选取苯和1-辛烯作为模拟汽油中的芳烃和烯烃, 分别研究它们对Ce(IV)Y分子筛选择性吸附脱硫的影响. 结果表明, 吸附剂的选择性吸附脱硫性能随着模拟油中苯和1-辛烯含量的增加而显著降低. 借助傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、紫外漫反射光谱(UV-DRS)技术研究发现, Ce(IV)Y分子筛对苯和1-辛烯的吸附模式及影响脱硫的机理是不同的. Ce(IV)Y分子筛阳离子和苯形成π络合作用, 作用力较弱, 容易脱附; 而与1-辛烯的双键发生σ-π络合, 不容易脱附. 在Ce(IV)Y分子筛选择性吸附含苯模拟油中的硫化物时, 由于苯的存在, 苯和噻吩在分子筛表面存在严重竞争吸附, 影响了吸附剂的选择性脱硫. 而在含1-辛烯的模拟油中, 由于1-辛烯直接和分子筛发生强相互作用, 占据了吸附剂的活性位, 导致Ce(IV)Y分子筛的脱硫性能显著降低.     

NiY分子筛表面酸性影响其选择性吸附脱硫性能的机理研究

采用原位红外光谱技术,以噻吩、环己烯和苯为模型探针分子,分别考察单一烃分子在NiY分子筛上的吸附与反应行为以及噻吩与烯烃、芳烃间的竞争吸附和催化反应行为。单一探针分子吸附研究发现,NiY分子筛中与Ni物种相关的Lewis(L)酸位是噻吩的选择性吸附活性位;噻吩和环己烯在NiY分子筛中Brnsted(B)酸位上发生的质子化和低聚反应明显弱于HY分子筛。双探针分子竞争吸附研究发现,环己烯二聚体在NiY中强B酸位上的强化学吸附与噻吩存在显著的竞争吸附行为。另外,苯和噻吩在NiY上的竞争吸附现象在373K时明显减弱。由此,在选择性吸附脱硫过程中,减少吸附剂表面B酸中心可降低烯烃对噻吩的竞争吸附,另外适当提高吸附体系的温度可以有效避免芳烃对噻吩的竞争吸附。     

Adsorption of benzene from benzene/n-C6 and n-C7 mixture by nano Beta zeolite with different Si/Al ratios

The adsorption of benzene from benzene/n-alkane mixtures was studied by two types of nano Beta zeolite with Si/Al ratios of 11.5 and 24.5. Benzene was adsorbed into benzene/n-hexane and n-heptane mixtures which had 0.5% up to 10% mole fraction of benzene using batch technique in the ambient temperature. The nano Beta zeolite has active sites on its surface, which have interaction with π electron in benzene, and this can increase the heat of adsorption. The Si/Al ratio defines the number of active sites in the zeolite surface and the heat of adsorption. However, an increase in the active sites of Beta zeolite declines the entropy of adsorption. Therefore, free energy of mixing specifies the potential of adsorption in Beta zeolite.As the results indicated in all mixtures, benzene is adsorbed more than n-hexane and n-heptane into the Beta zeolite surface, which suggests that this type of zeolite has a high separation factor (∼50) for benzene in Beta zeolite (Si/Al = 24.5). Also, Beta zeolite with Si/Al = 24.5 had a greater separation factor than Beta zeolite with Si/Al = 11.5 in similar mixtures.     

原位傅里叶变换红外光谱研究Y型分子筛表面酸性对吸附有机分子的影响

采用吡啶原位吸附傅里叶变换红外(Py-FTIR)光谱对液相离子交换(LPIE)和固相离子交换(SSIE)法制备的CeY分子筛以及HY和NaY的酸性进行了测定. 在原位条件下采用单探针分子噻吩、环己烯和苯对其在分子筛上的吸附过程进行了研究; 以噻吩和环己烯、噻吩和苯组成的双探针分子对吸附过程中存在的竞争吸附、催化反应以及吸附机理进行了系统研究. 结果表明, HY和L-CeY 分子筛表面强Brönsted (B)酸性位可导致吸附在其表面的噻吩发生低聚反应以及吸附的环己烯产生二聚环己烯碳正离子. 低聚的噻吩和吸附的环己烯在分子筛上发生强的化学吸附, 进一步抑制和阻碍噻吩硫化物与分子筛吸附活性中心发生作用, 从而降低了吸附剂的选择性以及吸附硫化物的能力. 吸附剂表面Lewis (L)酸中心是吸附的主要活性中心, 大量弱的L 酸, 有利于噻吩吸附. 并且, S-CeY分子筛表面弱的L酸对吸附噻吩具有一定的选择性, 它受到环己烯的影响较小, NaY吸附剂对噻吩、环己烯和苯选择性较差, 它只与吸附质作用的先后有关.