合成钛硅分子筛TS-1的一种新方法

In both conventional method[1] and modified method[2] ,organic Si and Ti alkoxides were used as Si source and Ti source respectively, and only strong organic base was used. So this system may be called as organic synthesis one (see Fig 1 )Thangaraj et al[3] reported that in the organic synthesis system only organic strong base TPAOH can be used.     

桥联有机硅烷组装多级孔TS-1聚集体及其催化性能研究（英文）

TS-1分子筛在H_2O_2参与的有机物分子选择氧化及环氧化反应中具有优异的催化性能,一直广受关注.目前,随着精细化工反应中大分子及液相反应的增多,目前工业上使用的微米级尺寸的沸石晶粒催化材料因其狭窄的孔道和较大的扩散阻力而越来越不能满足工业的实际生产需求与应用.小晶粒纳米沸石由于具有较大的外比表面积和较高的晶内扩散速率,因而在提高催化剂的利用率、增强大分子转化能力、减小深度反应、提高选择性以及降低结焦失活等方面均表现出优越的性能.然而,尺寸低于100 nm的沸石又存在着分离问题.因此,具有高催化活性、又能一步实现分离与回收的纳米沸石聚集体的合成,引起了人们的研究兴趣.目前可以通过使用聚苯乙烯球,球型阴离子交换树脂,硅烷化聚合物,聚合诱导胶体聚集(PICA)等实现纳米沸石聚集体材料的合成.其中采用有机硅烷化试剂来制备多级孔纳米沸石聚集体材料提供了一种新的路线.在沸石晶体表面修饰上有机硅烷化试剂,含Si–C键的有机硅烷化物种可以有效地阻止沸石颗粒的晶体生长,抑制形成大的沸石晶体,从而得到纳米粒子聚集体;同时有机硅烷化物种也对纳米沸石进行了表面改性,提高了其疏水性.特别是在有机相中硅烷化沸石可以形成小的、均匀的、聚集的疏水性的纳米沸石.同时,硅烷化试剂的本质和分子大小是沸石聚集体中多级孔大小的决定性因素.具有可调结构的多级孔沸石晶体可以通过在常规的碱性沸石合成混合物溶液中添加一个两性有机硅表面活性剂而合成.研究发现,固定在沸石纳米晶表面的机硅烷物种Si–C键能部分抑制纳米颗粒进一步聚集成较大的晶体,使用硅烷化晶种的方法可以合成具有高比表面的多级孔ZSM-5等沸石.然而,目前已报道的通过硅烷化晶种方法中得到的多级孔TS-1沸石材料的尺寸仅有100–150 nm,仍不利于分离和回收.近来桥联有机硅烷试剂进入人们的视野——通过干胶法合成多级孔β沸石,然而它们的尺寸也只有300–500 nm,反应分离和回收仍然非常困难.本文采用有机桥联硅烷化合物作为硅烷化试剂,将TS-1纳米沸石晶种或者晶体组装聚集成大的沸石聚集体.TEM和SEM结果表明,桥联有机硅烷在沸石晶体的聚集和后续的晶体生长中起到了非常有效的作用,成功地将100 nm左右的纳米沸石晶种或晶体桥联/组装成宏观大尺寸(5–40μm)的沸石聚集体.这些TS-1聚集体具有较好的机械强度,即使连续超声1 h也不会毁坏其结构,表明所得到的沸石材料可以在制备上解决分离困难并且在催化应用上容易回收.XRD,BET以及UV-Vis分析结果表明,引入在TS-1沸石晶种或者晶体溶液中有机硅烷试剂不会影响沸石的晶体结构、微孔体积以及Ti的配位状态.将H_2O_2作为氧化剂评价TS-1沸石聚集体和传统的纳米TS-1在烯烃环氧化反应中的催化性能,结果表明,硅烷化步骤对小分子己烯氧化的活性和选择性的影响不大,在环己烯大分子的氧化反应里表现出了较高的活性和选择性.     

无机钛硅原料体系合成TS-1催化丙烯环氧化反应

研究了无机钛硅原料体系合成的ＴＳ－１催化丙烯环氧化的反应,并与经典法、修正法制得样品的催化性能进行了比较。考察了搅拌、Ｎａ２ＣＯ３加入量、反应时间、反应温度、双氧水加量、催化剂量及溶剂等对丙烯环氧化反应的转化率、选择性等的影响,并初步探讨了无机钛硅原料合成的ＴＳ－１的再生性能。结果表明,对于丙烯环氧化反应,无机钛硅原料合成ＴＳ－１样品与经典法和修正法制取样品的催化性能相当;反应条件对丙烯环氧化反应     

Extensions in the synthesis and catalytic application of titanium silicalite-1

Titanium silicalite-1 (TS-1) was prepared by microwave heating of a SiO₂–TiO₂ xerogel, which was dry-impregnated with tetrapropylammonium hydroxide (TPAOH). Highly crystalline product was obtained, with the yields higher than 90%, within 30 min after microwave irradiation. These are significant advantages over the conventional oven heating using alkoxide precursors in liquid phase, which requires 1-2 day crystallization time with low product yields. Sub-micron sized SiO₂–TiO₂ prepared by thermal plasma process and Ti-containing mesoporous silica, Ti-HMS, were also tested as the solid phase precursor for TS-1. These were found inferior as precursor due to difficulties in uniformly wetting the surface with TPAOH. It was possible to prepare TS-1 using diethoxysiloxane-ethyltitanate (DESET, 93.75 mol Si:6.25 mol Ti) as a single mixed alkoxide precursor, but titanium species in the sample were highly unstable and large fraction of them came out from the framework to form TiO₂ clusters upon calcination. In addition, TS-1 monolith was prepared utilizing polyurethane foam as an infiltration medium of the synthesis gel. The prepared TS-1 monolith exhibited properties similar to those of TS-1 powders, but the elementary unit of the former was made of 1–2 micron-sized hexagonal shaped crystals, causing diffusion problems. Catalytic activities of all the prepared catalysts were evaluated using 1-hexene epoxidation as a probe reaction, and 2,5-dihydrofuran epoxidation was also examined using TS-1 as an alternative process to make 3,4-epoxytetrahydrofuran.     

表面活性剂Tween对TS-1合成及催化性能影响的研究

以添加吐温的少量四丙基氢氧化铵（TPAOH）为模板剂,水热下合成了钛硅分子筛（TS-1）。采用FTIR、XRD、SEM、BET、UV-Vis等手段对分子筛进行表征。XRD结果表明,所得样品完全晶化,具有典型的MFI拓扑学结构;FTIR结果表明,样品在960 cm－1处出现了强吸收峰,表明钛已进入骨架;UV-Vis谱图表明,所合成样品在330 nm附近没有电子跃迁信号,表明其中没有锐钛矿型TiO2;SEM结果表明所合成样品的晶粒大小均匀。在添加适量吐温所得的胶团溶液中,模板剂分子与吐温之间的协同作用有助于TPAOH与硅、钛源定向反应,避免非骨架TiO2的生成,减少了TPAOH的用量,丙烯环氧化反应结果表明,吐温20、吐温40、吐温60及吐温80等非离子表面活性剂的添加都有助于降低模板剂（TPAOH）的用量和提高TS-1的催化活性,其中吐温40的影响尤为显著,吐温40/TPAOH摩尔比为0.02时,过氧化氢转化率达98.1%,环氧丙烷选择性和收率分别可达96.1％和94.3％。     

氨基酸辅助合成高活性六配位钛物种的TS-1分子筛

TS-1分子筛是以TO4(T=Si,Ti)四面体为基本单元,通过氧桥连接而形成的具有MFI拓扑结构的微孔晶体材料,其在催化烯烃环氧化、酮类氨肟化、氧化脱硫及芳香烃羟基化等氧化反应中表现出较好的催化活性.目前,提高TS-1分子筛催化性能的方法主要包括:(1)制备纳米和多级孔TS-1分子筛,以提高其扩散传质性能;(2)提高TS-1分子筛的钛含量并抑制锐钛矿相的产生,以增加其催化活性位点.最新研究表明,相比于传统四配位钛物种(TiO4)作为催化活性中心,六配位(TiO6)钛物种在烯烃环氧化反应中具有更高的催化活性,可进一步降低反应活化能,最终实现高效催化转化.然而,TiO6物种结构中的Ti-OH组分,易导致开环反应发生,从而降低环氧化产物的选择性.因此,构筑高活性TiO6物种及调变TiO4/TiO6比例,对提高烯烃转化率及环氧产物选择性具有重要意义.当前,高活性钛物种的结构表征及其构筑已成为研究热点且仍面临挑战.本文协同采用氨基酸辅助合成策略和两步晶化方法,成功地制备出具有TiO4和TiO6物种且无锐钛矿相的多级孔TS-1分子筛.在该协同策略中,两步晶化过程有利于抑制锐钛矿相的形成,而氨基酸的引入对高活性TiO6物种的构筑具有重要作用.氨基酸分子可与钛原料形成螯合物,为TS-1分子筛晶化提供"养料",并有效平衡晶体成核与生长速率及稳定TiO6物种,最终实现制备富含TiO6物种的多级孔TS-1分子筛.相比于传统TiO4物种作为催化活性中心(1-己烯的转化率<25％,环氧化产物选择性>95％),本文所制备的TS-1分子筛(Si/Ti=36.9)因其兼具TiO4和TiO6物种,在1-己烯环氧化反应中表现出更好的催化性能(1-己烯的转化率33％,环氧化产物选择性95％).这是由于TiO4物种不会导致开环反应的发生,因此可以保证较高的环氧产物选择性,而TiO6物种经H2O2活化后,可形成具有更高活性及更小位阻效应的催化中心,极大提高了1-己烯转化率.综上,本文合成策略为构筑具有高活性钛物种及多级孔结构的钛硅分子筛提供了指导作用,为调控硅铝酸盐及硅取代磷酸铝分子筛材料活性位点的含量和分布提供了新思路.     

Influence of seeds on the synthesis of TS-1 with inorganic materials

Summary TS-1 with relatively small crystal sizes (0.4-1.5 μm) was synthesized using inorganic sources of Ti and Si. The effects of conditions in the preparation of seeds on the synthesized zeolites were studied.     

不同TS-1分子筛含量条状催化剂的丙烯环氧化性能

环氧丙烷(PO)是重要的有机化工原料，主要用于生产聚醚多元醇、丙二醇及其它化工产品。现在工业上主要采用氯醇法和Halcon法生产环氧丙烷，但分别存在污染和联产物量大等问题，人们在改进原有工艺的同时，致力于寻找流程短、副产少、无污染的新工艺。TS-1分子筛的成功合成^[1]及其在以     

Effect of solvents on propylene epoxidation over TS-1 catalyst

Solvents have an important effect on the epoxidation of propylene catalyzed by TS-1. The experimental results show that, in different solvents, the catalytic activity of epoxidation is in the following order: methanol > 2-propanol > 2-butanol > acetonitrile > acetone > tetrahydrofuran. Based on the reaction mechanism, the effects of solvents on the epoxidation were studied from eight aspects, which included the electronic effect, the steric effect, the polarity of solvent, the effect of solvent on sorption and diffusion of reactant, the oxidation of alcohol, the etherification of PO, the deactivation of TS-1 and the solubility of propylene in the solvents. The electronic effect, steric effect and the polarity of solvent were considered to be the main aspects. This work may provide theoretical guidance for choosing solvents for these kinds of reactions and also may serve as basis for further industrialization. __________ Translated from Journal of Tsinghua University (Science and Technology), 2007, 47(9): 116–120 [译自: 清华大学学报(自然科学版]     

等级孔介孔-微孔TS-1分子筛单晶的合成及催化氯丙烯环氧化性能

针对当前钛硅型分子筛存在的微孔孔道孔径限制导致的流通扩散性能差及催化效率低等关键瓶颈问题, 通过在微孔分子筛中构筑跨尺度贯通高物质传输性能的等级孔道结构, 对钛硅分子筛(TS-1)晶体内等级孔道结构的可控构筑及其催化环氧化进行了研究, 成功制备出具有富含介孔孔道的等级孔介孔-微孔TS-1分子筛单晶材料(HTS-1), 其在氯丙烯催化环氧化反应中表现出了优异的催化活性及稳定性能.     

合成条件对TS-1结构及其催化氯丙烯环氧化的影响

采用水热法合成了TS-1分子筛，根据XRD、FT-IR、FT-Raman和UV-Vis的表征结果计算了TS-1的相对结晶度和骨架钛相对含量，并以氯丙烯环氧化反应为探针反应，研究了合成条件对TS-1的结构和催化性能的影响，结果表明，TS-1的结晶度随合成液中Si／Ti比和TPAOH／Si比的增大呈先增大后减小的趋势，TS-1的骨架钛相对含量也随合成液中钛含量的减少呈先增大后减小的趋势，随TPAOH含量的增加TS-1的骨架钛相对含量和非骨架钛含量一直增加，且非骨架钛的类型有所改变．具有较高结晶度和骨架钛含量及较低非骨架钛含量的TS-1的催化性能较好．较好的氯丙烯的转化率和环氧氯丙烷的选择性分别为92．1％和87．5％．     

以氨水做碱源胶态晶种导向法合成小晶粒TS-1分子筛

TS-1分子筛具有MFI拓扑结构,因其独特的择形选择性和优异的催化氧化能力而广受关注.最早报道的TS-1合成方法采用大量四丙基氢氧化铵(TPAOH)作为有机结构导向剂, TPAOH价格昂贵,制约着TS-1分子筛大规模应用.开发廉价、环境友好的合成工艺是TS-1分子筛合成领域的重要课题.以价格相对较低的四丙基溴化铵(TPABr)代替TPAOH做有机结构导向剂,以氨水为碱源可合成TS-1分子筛,但产物晶粒尺寸远远大于以TPAOH做模板的合成结果,影响TS-1分子筛的传质和催化性能.因此,人们对该法进行了改进,选用有机胺作为碱源, TPABr为结构导向剂合成TS-1分子筛,但始终未能将其晶粒尺寸降至1μm以下.在合成体系中引入预先合成的TS-1分子筛或TS-1胶态前驱体作为晶种可以促进成核,缩短成核诱导期,有利于获得小晶粒尺寸的TS-1分子筛.此类方法往往需要辅助以大量有机胺等结构导向剂;胶态TS-1前驱体的制备需要特别小心以保证晶种中Ti的四配位状态,通常需要经历低温水解钛酸四丁酯(TBOT)和高温加热除醇等繁琐步骤.而胶态纯硅silicalite-1制备则相对简单,且已广泛用于导向合成同样具有MFI结构的ZSM-5沸石,但目前鲜有以silicalite-1做晶种合成TS-1分子筛的报道.基于此,本文以纯硅胶态silicalite-1为晶种,以氨水做碱源,辅助以少量TPABr做导向剂,合成了小晶粒TS-1分子筛,并以正己烯环氧化和环己酮氨肟化做探针反应考察了所得TS-1分子筛的催化氧化性能. X射线衍射结果表明,当晶种中SiO2占合成体系中SiO2的10 wt%(晶种引入TPAOH, TPAOH/SiO2=0.35),加入TPABr (TPABr/SiO2=0.03)做辅助结构导向剂,即合成体系中总(TPAOH+TPABr)/SiO2摩尔比低至0.07时,所得样品依然具有良好的结晶度.扫描电镜照片观察不到无定形物存在;晶种中SiO2占合成体系中SiO2的10 wt%时,所得TS-1晶粒尺寸约为250 nm ×150 nm ×50 nm;其他条件不变,胶态晶种用量增加到15 wt%时,初级晶粒尺寸基本保持不变,晶粒-晶粒之间交叉生长,形成孪生形貌;继续增加胶态晶种用量至20 wt%时,晶粒尺寸下降至仅100 nm左右;而用20 wt%胶态晶种所含相同量的TPAOH来代替胶态晶种,得到样品呈近10μm的大块状.与之对应的是,胶态silicalite-1晶种导向得到的小晶粒TS-1分子筛具有比直接用TPAOH得到的大块状样品更大的外比表面积和堆积孔体积.分析结果显示所得TS-1分子筛的体相TiO2/SiO2比在41–43.红外光谱和紫外可见光谱结果表明,胶态晶种导向法所得TS-1分子筛中的Ti主要以四配位状态存在,而直接用TPAOH合成的大块状样品则呈现显著骨架外Ti吸收峰,说明胶态晶种有助于Ti物种进入分子筛骨架.在催化正己烯环氧化反应时,用胶态silicalite-1晶种导向得到的小晶粒TS-1分子筛表现出与大块状TS-1相似的催化性能;而以环己酮氨肟化做探针反应时,小晶粒TS-1分子筛因具有外比表面积大和扩散路径短等优点而表现出远远高于大块状TS-1分子筛的催化活性.但与文献报道的相同SiO2/TiO2比的TS-1分子筛比较,本文所得小晶粒TS-1分子筛催化正己烯环氧化的活性略差.提高该小晶粒TS-1分子筛正己烯环氧化活性和建立构-效关系是下一步工作的重点.     

两亲性TS-1沸石的制备及其相界面催化反应性能的研究

采用三甲基氯硅烷和正十八烷基三氯硅烷对TS-1沸石样品进行表面修饰，制备出了两亲性含钛沸石样品．这类两亲性含钛沸石能分布于水、油两相界面处．改性后样品的骨架未遭破坏，其中钛仍然保持了四配位骨架钛的状态，但其晶貌发生了某些改变．这类两亲性样品在不加共溶剂及静置的反应条件下，对1-辛烯和双氧水的相界面环氧化催化反应表现出优良的催化活性．尤其是三甲基氯硅烷改性后的TS-1沸石，在相界面催化反应中，具有比改性前高得多的活性．我们还发现，在该相界面催化反应条件中，相界面的面积和催化剂用量是两个最重要的影响因素，当相界面面积(cm^2)与催化剂用量(mg)的比例控制在0．15左右时，两亲性TS-1沸石的催化活性达到最高值．     

钛硅酸盐分子筛TS－1的合成及表征

钛硅酸盐分子筛ＴＳ－１的合成及表征马淑杰，李连生，刘国宗，林文勇（吉林大学化学系，长春１３００２３）苏克，李莹（长春地质学院测试中心，长春１３００２１）关键词ＴＳ－１沸石，合成，苯酚，催化氧化＊～ｓ－ＺＳＭ－５沸石是Ｓ！Ｉ。。１ｕｅ－１沸石的衍生物，...     

金属对钛硅分子筛TS-1催化丁二烯环氧化性能的影响

制备了不同金属改性的钛硅分子筛样品M-TS-1 (M = V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, La, 负载量为1%), 并研究了其催化丁二烯环氧化反应的性能. 结果表明, V, Cr, Mn的加入导致H₂O₂无效分解, 因而在丁二烯环氧化反应中表现出较高的H₂O₂转化率和较低有效利用率; Fe, Co, Ni以及稀土金属La均在一定程度上促进了TS-1对H₂O₂的有效利用; Cu, Zn抑制了H₂O₂的转化, 使得H₂O₂转化率和有效利用率都较低; Cd有效提高了TS-1的催化活性, H₂O₂转化率和有效利用率均接近100%. 采用X射线衍射、N₂吸附-脱附、X射线光电子能谱、傅里叶变换红外光谱等手段表征了上述各金属的改性对TS-1骨架结构以及Ti活性中心周围电子环境的影响. 结果表明, 各M-TS-1样品的骨架结构都仍保持原有的MFI构型, 但是TS-1中Ti活性中心周围的电子环境受到来自各种金属的不同程度影响, 关联催化活性时没有特定的规律性.     

Rh(OH)x/TS-1@KCC-1双功能催化剂上一锅反应合成伯酰胺

在微乳液体系中成功地将花瓣状介孔氧化硅微球(KCC-1)包覆在钛硅分子筛TS-1表面, 得到了一种新型微孔/介孔复合核壳结构材料TS-1@KCC-1. 详细考察了TS-1@KCC-1的合成条件及可能的形成机理. 适宜的合成温度及时间分别为373-393 K和4 h. 壳层厚度可方便地通过改变硅源正硅酸乙酯和TS-1的比例在25-80 nmm间进行调控. 以TS-1@KCC-1为载体负载Rh(OH)_x后即得到双功能催化材料Rh(OH)_x/TS-1@KCC-1, 该材料同时具有Ti和Rh(OH)_x活性中心, 可以高效催化醛、氨水和过氧化氢经一锅串联反应直接制备得到伯酰胺.     

微波合成TS-1分子筛的催化性能研究

采用微波加热技术法合成TS-1分子筛, 以30%的H₂O₂水溶液为氧化剂, 考察了所合成的TS-1分子筛在苯乙烯和1-己烯环氧化反应中的催化性能, 并与传统水热法合成的TS-1进行了比较. 结果表明, 由微波合成TS-1的催化性能比传统水热法合成的TS-1更为优异. 采用XRD, FT-IR, UV-vis, SEM等手段对二者进行表征, 发现微波合成的TS-1晶粒与晶粒之间存在“粘连”现象, 这种现象降低了分子筛表面硅羟基含量, 增加了TS-1分子筛的疏水性, 使得分子筛对反应底物苯乙烯和1-己烯的吸附能力增强, 从而导致催化性能显著提高.     

Highly Effective Propylene Epoxidation over TS-1／SiO2 Hydrothermally Treated

The propylene epoxidation over TS-1/SiO2 catalyst hydrothermally treated was investigated. It was found by EPR characterization that two types of Ti (IV)-superoxide radicals,A (gz=2.0271; gy=2.0074; gx=2.0010) and B (gz=2.0247; gy= 2.0074; gx= 2.0010), were observed for TS-1/SiO2. The superoxo species A converted to B after TS-1/SiO2 catalyst was hydrothermally treated. The results show that over TS-1/SiO2 catalyst hydrothermally treated at 170℃, about 95% conversion of H2O2 with above 94% PO selectivity is obtained during continuous running for 300 h under the conditions of reaction temperature 45℃, 0.5 h^-1 WHSV of propylene.     

Kinetics of epoxidation of propylene over TS-1 in isopropanol

The intrinsic kinetics of propylene epoxidation with H₂O₂ catalyzed by TS-1 in isopropanol/water system was investigated. A kinetic model was established in accordance with the proposed reaction mechanism. Based on the experimental data, parameters were estimated, indicating that the Eley-Rideal model fits precisely the experimental data. This revised version was published online in June 2006 with corrections to the Cover Date.     

自堆积纤维状TS-1分子筛的常规水热合成

<正>研究[1-2]表明分子筛的催化、吸附、分离性能在很大程度上取决于其尺寸和形貌。近年来,人们越来越多的关注于精确控制晶粒的尺寸、形态和取向[3-11]。在所有沸石分子筛中,由于MFI型分子筛具有独特的孔道结构且应用广泛,目前的研究主要集中