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。     

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、N_2吸附-脱附和NH_3-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。     

新型中孔分子筛合成进展

综述了中孔分子筛在合成及相应机理解释等方面的最新研究进展，中孔分子筛材料可能在石油加工及其它更广泛的领域找到新的用途。     

MCM—41介孔分子筛合成研究：Ⅰ.水热合成法

以十六烷基三甲基溴化铵为附加试剂合成了ＭＣＭ－４１介孔分子筛,并用ＸＲＤ,ＳＥＭ和ＩＲ等表征手段考察了晶化时间、晶化温度、物料组成和附加试剂用量等对其晶化过程的影响。结果表明,ＭＣＭ－４１介孔分子筛的晶化诱导期较长,在晶化后期存在着转晶现象,而且有一较适宜的晶化温度,物料组成和附加试剂用量范围。     

干胶法合成Sn-Beta沸石及其糠醛转化性能

报道了一种无氟体系下利用干胶法合成的具有BEA拓扑结构的含Sn的Beta沸石（Sn-Beta沸石）的方法,并将其用于糠醛选择性转化成醇和酯的反应。采用FT-IR、吡啶红外、XRD、 XRF、 SEM和氮气吸附研究了Sn-Beta沸石的物性。结果表明：在相同投料Si/Sn比（Si/Sn=160）条件下,水热法制得沸石结晶度仅为干胶法制得沸石的40%,且干胶法所得沸石Si/Sn比为152,较水热法所得沸石Si/Sn比（176）低。在糠醛转化反应中,干胶法所得Sn-Beta沸石的转换频率（TOF值）为7.3 h^-1,优于水热法合成的沸石（3.4 h^-1）。通过对比Sn-Beta沸石（骨架含Sn和Si）、 Sn-Al-Beta沸石（骨架含Sn、Al和Si）和Beta沸石(骨架含Si和Al）催化糠醛转化反应发现,干胶法合成的Sn Beta沸石活性位主要以Lewis酸(L酸)为主,L酸和Br-nsted酸（B酸）数量的比值（L/B）为14.5,在糠醛转化反应中发生Meerwein-Ponndorf-Verley(MPV)还原反应将糠醛转化为糠醇;Beta沸石活性位为B酸和L酸,L/B比值为1.1,能直接将糠醛催化转化成当归内酯,且通过Sn的引入合成Sn-Al Beta沸石,L/B比值提高到2.4,糠醛转化TOF值由4.2 h^-1提高至5.4 h^-1。     

真空原位水热合成法快速合成A型分子筛膜

采用真空原位水热法在管状αAl2O3基膜上快速合成了A型分子筛膜;采用XRD和SEM方法表征了膜的性质;研究了真空度对A型分子筛膜性能的影响。在外加真空作用下,分子筛晶粒可以均匀、快速地迁移到基膜表面形成分子筛膜,从而可以在较短时间里合成均匀、连续的分子筛膜。     

干胶转化法合成条件及磷酸处理对TS-1分子筛性能的影响

以正硅酸乙酯(TEOS)、钛酸丁酯(TBOT)、四丙基氢氧化铵(TPAOH)分别作硅源、钛源及模板剂,用干胶转化法合成TS-1分子筛.考察了TEOS水解时的水硅比、水解温度、除醇条件、晶化时间及磷酸处理对TS-1分子筛性能的影响.采用XRD、SEM、IR、ICP及N2吸附等手段对样品进行表征,同时以环己酮氨肟化反应考察样品的催化活性.结果表明,使用少量的TPAOH(n(TPAOH)/n(SiO2)=0.15)即可得到性能较好的TS-1,而用磷酸对所得TS-1分子筛处理则能进一步改善TS-1分子筛的性能.当n(SiO2):n(TPAOH):n(H2O)=1:0.15:16时在20℃下水解TEOS,钛硅溶液能自行胶凝,将所得凝胶在75℃下除醇至失重率达65%左右,晶化6d得到TS-1分子筛,产品经磷酸改性后,环己酮转化率达到99.5%,环己酮肟选择性达到98.7%,催化活性与高TPAOH用量合成的TS-1接近,而TPAOH的用量大大降低.     

钛酸盐分子筛的合成研究

以ＴＰＡＯＨ和ＴＥＡＯＨ模板剂分别合成了具有孔道结构的钛酸铜、钛铝酸钠和钛酸钠分子筛，采用Ｘ射线衍射，红外光谱，紫外光谱，扫描电镜，差热分析、ＮＨ３－脱附法及气体吸附法等测试手段对钛酸盐分子筛的物性及结构进行了表征。利用苯酚羟基化反应及气相色谱法证明了具有四配位ＴｉＯ４结构单元的钛酸铜分子筛的催化氧化性能。     

MCM—41介孔分子筛合成研究：Ⅱ.微波辐射合成法

采用微波辐射技术合成了ＭＣＭ－４１介孔分子筛,并用ＸＲＤ,ＳＥＭ,ＩＲ,ＮＭＲ和吸附等表征手段考察了其晶化过程,晶体形貌和稳定性等特点,结果表明,微波法合成ＭＣＭ－４１分子筛时诱导期极短,晶化速度很快且在晶化后期无转晶现象;微波法合成的ＭＣＭ－４１试样的吸附容量较低,但具有较强的耐热及水热稳定性和抗酸碱能力。     

SAPO-34分子筛晶化过程的研究

采用XRD、SEM、ICP-AES和MAS NMR等手段系统地研究了SAPO-34分子筛在常规水热合成过程和干胶液相转化过程中的组成和骨架结构的变化.结果表明,常规水热合成法在制备SAPO-34分子筛过程中,硅溶胶缩聚和解聚速率快,活性硅物种数量较少,产品易出现杂晶;采用干胶液相转化法,固体硅源解聚速率较慢,活性硅物种数量逐步增加,SAPO-34分子筛成核和成长的速率得到了控制,抑制了杂晶相的生成,SAPO-34分子筛结晶度逐渐增加.     

晶种导向干凝胶法制备成型ZSM-5分子筛

在干凝胶法制备ZSM-5 分子筛的体系中添加晶种导向剂, 控制分子筛的生长, 制备了纳米沸石组装的无粘结剂成型多级孔ZSM-5 分子筛, 一步完成纳米分子筛的制备及组装成型, 即克服了传统纳米粒子难以过滤分离的问题, 同时组装所形成的多级孔有助于改善分子在催化剂内的扩散, 从而提高催化反应效率. 以硅胶、薄水铝石为原料, 四丙基氢氧化铵(TPAOH)和ZSM-5 晶种导向胶作为粘结剂, 通过混捏、挤条得到直径2 mm的条状前驱物, 随后通过干凝胶转换法制备成型分子筛. 所用晶种导向剂组成为0.35TPAOH:1SiO₂:20H₂O:4C₂H₅OH. 通过X射线衍射(XRD), 热重(TG)分析和傅里叶变换红外(FTIR)光谱等方法对分子筛晶化过程进行了表征, 结果表明晶种导向剂加入量对分子筛生长速度及多级孔结构均有影响. 当所加晶种导向剂中TPAOH与SiO₂的摩尔比为0.025时, 经过3 h晶化, 分子筛相对结晶度达到100%. 扫描电镜(SEM)结果表明, 合成的分子筛尺寸约为200 nm, 组装形成的多级孔分子筛的介孔体积为0.28 cm³·g^-1. 通过NH₃ 程序升温脱附(NH₃-TPD)考察了所得成型分子筛的酸性, 发现该分子筛酸性与市售的粉末H-ZSM-5分子筛类似.     

干胶法制备钛硅沸石及其催化性能

以四丙基溴化铵为模板剂,以乙二胺(EDA)为碱源,采用干胶法制备了TS-1,并在此基础上引入介孔/大孔模板剂蔗糖而制备出多级孔道TS-1.采用X射线衍射、紫外-可见光谱及N2物理吸附-脱附等手段对所得样品进行了表征,并考察了它们催化噻吩(Th)及苯并噻吩(BT)氧化反应的性能.结果表明,随着釜底部n(EDA)/n(H2O)比的降低,TS-1结晶度、骨架Ti含量及其在Th氧化反应中的催化活性均升高.而当以乙胺和正丁胺为碱源时,TS-1难以晶化.所制备的多级孔道TS-1样品具有介孔/大孔孔道,在Th氧化反应中的催化活性高于TS-1;对于BT的氧化,当n(sucrose)/n(SiO2)为0.35时,制备的多级孔道TS-1样品的催化活性最高,BT脱除率可达100%,而TS-1则无催化活性.     

蒸气促进干胶法合成硅胶负载的TS-1纳米晶

采用蒸气促进的干胶法, 在工业硅胶上原位合成出TS-1纳米晶. 先用TS-1合成液浸渍硅胶, 再于130 ℃下和水蒸气作用2 d, 得到硅胶上负载的TS-1纳米晶. 采用XRD, FTIR, UV-Vis和NMR谱以及N2吸附、 ICP、 SEM和TEM等对所得样品进行了表征. 结果表明, 将TS-1纳米晶负载在硅胶上, 其晶粒大小为20 nm左右, Ti进入了分子筛的骨架; 所得的TS-1/silica gel复合材料的比表面积为113.2 m2/g, 平均中孔孔径达到23.7 nm. 将其用于苯的羟基化反应, 以n(C6H6)/n(H2O2)=3进料, 环丁砜为溶剂, 于100 ℃下反应2 h, 苯的转化率达到8.7%, 苯酚的选择性超过99%, 苯的氧化速率(TOF)为11.37, 其催化活性明显高于传统水热合成的TS-1.     

Toward Efficient Synthesis of Chiral Zeolites: A Rational Strategy for Fluoride-Free Synthesis of STW-Type Zeolite

The STW-type zeolite is attractive for developing novel enantioselective syntheses/separation of chiral compounds because it is the only chiral zeolitic microporous material whose enantioenriched synthesis has been achieved. In addition to the conventional industries in which zeolites are used, STW should have diverse industrial applications in the pharmaceutical and food industries. However, the toxic and caustic fluoride required for synthesizing STW severely hinders its commercialization by mass production. Herein, we report the first example of fluoride-free STW synthesis, in which the two roles of fluoride—formation of a zeolitic framework rich in tetravalent T-atoms and promotion of double 4-membered ring unit formation—were substituted by dry gel conversion and Ge addition, respectively. The STW obtained was highly crystalline, with a similar micropore volume and thermal stability as those of original fluoride-based STW. Our approach is promising not only for the fluoride-free synthesis of enantiomeric STW but also for general fluoride-free syntheses.     

Understanding Zeolites Catalyzed Methanol‐to‐Olefins Conversion from Theoretical Calculations

Zeolites catalyzed methanol‐to‐olefins (MTO) conversion provides an alternative process to produce light olefins such as ethene and propene from nonpetroleum resources. Despite of successful industrialization of the MTO process, its detailed reaction mechanism is not yet well understood. Here we summarize our work on the hydrocarbon pool reaction mechanism based on theoretical calculations. We proposed that the olefins themselves are likely to be the dominating hydrocarbon pool species, and the distribution of cracking precursors and diffusion constraints affect the selectivity. The similarities between aromatic‐based and olefin‐based cycles are highlighted.     

分子筛上糖类催化转化的核磁共振研究

葡萄糖、 果糖和木糖等糖类是一类重要的绿色生物质资源, 其高效利用是生物质转化的重要研究方向. 具有Lewis酸性的分子筛在糖类催化转化中表现出优异的性能, 对其活性中心结构、 性质以及反应机理的认识是糖类高效转化研究中亟待解决的关键科学问题. 核磁共振是分子筛上活性中心表征和反应机理研究的重要手段. 本文讨论了先进核磁共振技术与方法在分子筛上糖类转化反应中的应用, 包括催化剂活性中心表征、 催化转化反应机理研究和催化反应产物分析3个方面, 总结了核磁共振在糖类转化反应研究中所取得的新进展并对其未来发展方向进行了展望.     

“蒸汽相转化”法制备纳米晶组成的块状方钠石多级孔沸石催化材料

将实验室合成的聚苯乙烯乳胶微球(PS)加入制备方钠石(SOD)沸石的前驱体凝胶中,在45℃条件下制得干凝胶,随后采用"蒸汽相转化"法制备了大块状SOD沸石材料。对影响多级SOD沸石形成因素进行了详细讨论。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、N_2吸附-脱附和压汞技术等表征手段对制备的材料进行了详细表征。结果表明通过"蒸汽相转化"法制备的大块状SOD沸石由球状多晶聚集体构成,这些球状多晶聚集体又是由粒径为50~100 nm的初级纳米晶粒组成,在初级纳米晶粒上和纳米晶粒之间形成了2~50 nm介孔结构以及由脱除PS微球形成的50~300 nm的大孔结构。     

“蒸汽相转化”法制备纳米晶组成的块状方钠石多级孔沸石催化材料

将实验室合成的聚苯乙烯乳胶微球（PS）加入制备方钠石（SOD）沸石的前驱体凝胶中,在45℃条件下制得干凝胶,随后采用“蒸汽相转化”法制备了大块状SOD沸石材料。对影响多级SOD沸石形成因素进行了详细讨论。采用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、N₂吸附-脱附和压汞技术等表征手段对制备的材料进行了详细表征。结果表明通过“蒸汽相转化”法制备的大块状SOD沸石由球状多晶聚集体构成,这些球状多晶聚集体又是由粒径为50~100 nm的初级纳米晶粒组成,在初级纳米晶粒上和纳米晶粒之间形成了2~50 nm介孔结构以及由脱除PS微球形成的50~300 nm的大孔结构。     

浓凝胶转换法制备纳米SAPO-34及其CH4/N2吸附分离性能研究

通过浓凝胶转换法合成了一种厚度约为50 nm, 大小约为200 nm的纳米片状SAPO-34分子筛, 经XRD, SEM, ICP和氮气(77 K)吸附-脱附等方法对其进行了表征, 结果显示, 相比于微米级立方体形的SAPO-34 (2 μm), 本文合成的纳米片状SAPO-34表现出更高的比表面积(818.68 m²/g)和孔容(0.57 cm³/g). 比表面和孔容积的增大使其气体吸附容量得到较大的提升, 其中CH₄的吸附容量达到25.74 cm³/g, 提升了60%, 高于绝大多数分子筛吸附剂, 同时CH₄/N₂的吸附选择性未出现明显下降(3.1), 且达到商用吸附剂水平(＞3.0). 通过CH₄/N₂(体积比1∶1, 298 K)混合气体穿透测试证明所合成的纳米SAPO-34是一种有效的CH₄/N₂分离吸附剂, 在煤层气富集脱氮工业中具有极大的应用潜力.