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.     

AlMCM-41介孔分子筛的合成及表征

以拟薄水铝石为铝源、水玻璃为硅源、十六烷基三甲基溴化铵为模板剂,在110℃时水热晶化合成了含Al的MCM-41介孔分子筛.采用X射线衍射(XRD)、N2吸附-脱附、固体29Si、27Al魔角旋转核磁共振技术(MASNMR)、扫描电镜(SEM)及吡啶吸附傅里叶变换红外(FTIR)光谱技术对AlMCM-41分子筛进行了表征.结果表明:AlMCM-41分子筛具有六方排列的孔道结构,同时具有很高的相对结晶度、比表面积和孔容,且孔分布单一;AlMCM-41分子筛中Si原子在骨架内键合的程度更高,使AlMCM-41分子筛具有更好的骨架晶化程度;同时具有四配位骨架铝,使AlMCM-41介孔分子筛具有适当的酸性.     

硅溶胶粒度与分布对高硅铝比镁碱沸石合成的影响机理

以硅溶胶为硅源,在不同碱度的溶液中对其进行前处理,制得不同粒度与分布的硅溶胶母液,并以此为原料合成了高硅铝比镁碱沸石分子筛(FER zeolite).通过激光粒度分析仪(LPSA)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜/能量色散X射线光谱(SEM-EDS)和X射线荧光(XRF)等对母液和产物进行了表征,考察了碱度对硅溶胶粒度特性和分子筛晶化过程以及产物性质的影响.结果表明,随着碱度增加,硅溶胶母液的粒径逐渐增大,对应于溶液中更多的Q³硅单元向Q²硅单元转变.在低碱度下,高聚合度的Q³硅单元倾向于使晶化过程遵循固相转化机理,生成大片纯相镁碱沸石,且产物的相对结晶度和固体收率均较高;而在高碱度下,大量活性的Q²硅单元则易于使凝胶成块,晶化过程遵循液相转化机制,产物尺寸较小且含有杂晶,相对结晶度和固体收率均较低.     

SAPO-5分子筛的晶化过程研究

采用X射线衍射、X射线荧光光谱、扫描电子显微镜和固体核磁共振波谱等方法对SAPO-5分子筛的晶化过程进行了研究.结果表明, SAPO-5分子筛的生成遵循液相晶化机理.在晶化前期首先生成一种具有较为规整形貌的无定形磷酸铝(记为Am),晶化温度大于200℃后开始出现SAPO-5,同时无定形物质Am的量也明显增加,随后Am逐渐溶解并贡献于SAPO-5的生长;硅原子在晶化初期直接参与晶化进入SAPO-5分子筛骨架,随着晶化时间延长,分子筛晶体中硅含量逐渐增加; SAPO-5骨架仅能容纳少量的Si(4Al)物种,在样品含有较低硅含量时骨架中即出现硅岛. XPS分析进一步揭示SAPO-5分子筛存在表面富硅现象,硅在晶体中从核到壳含量递增.研究结果也表明,分子筛的拓扑结构和硅源选择影响晶体表面富硅程度.     

超声老化对MCM-49分子筛合成的影响

 以六亚甲基亚胺为模板剂,在静态水热合成条件下,考察了超声老化对MCM-49分子筛合成的影响. 结果表明,凝胶经超声老化处理后,即使使用比表面积小的硅源(硅胶或白碳黑)也能合成出不含杂晶且结晶良好的MCM-49分子筛. 超声老化处理缩短了MCM-49分子筛的晶化时间,扩大了分子筛的晶化范围,同时降低了模板剂的用量. 合成的MCM-49分子筛结晶度高,颗粒度小.     

多级复合孔硅铝材料的合成与表征

采用表面包覆聚电解质的聚苯乙烯小球为模板,制备多级复合孔硅铝材料前体。 经水热晶化处理后焙烧脱模板,获得了多级孔结构的硅铝分子筛材料。 通过X射线衍射、傅里叶红外光谱、N2吸附-脱附、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等测试技术对水热晶化不同时间的硅铝材料进行表征。 探讨了水热晶化时间对材料孔道结构的影响。 结果表明,水热晶化时间小于22 h,样品中含有介孔-大孔双连续孔道体系。 晶化时间超过22 h,样品中含有微孔-介孔-大孔多级孔道体系。 晶化36 h的样品,大孔孔壁由纳米级ZSM-5型沸石分子筛晶体构成。     

无模板剂两步法合成小颗粒ZSM-5沸石团聚体

在无模板剂存在下,以硅酸钠为硅源采用简单的变温两步法,通过控制高温预晶化时间,在转动烘箱中成功合成了小颗粒ZSM-5沸石团聚体.高温预晶化是为了加快反应液的成核,而低温晶化足为了获得小的分子筛晶体.运用X射线衍射,扫描电镜,NH3程序升温脱附和N2吸附-脱附等技术对合成的ZSM-5沸石进行了表征.与一步法合成的微米级颗...     

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.     

ZSM-5分子筛结晶度及晶粒大小的影响因素

以硅溶胶为硅源,偏铝酸钠为铝源,用晶种法制备ZSM-5分子筛.考察了物料混合方式、陈化时间、晶化时间、晶化温度、碱度和水量等对ZSM-5分子筛相对结晶度和晶粒大小的影响.用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和激光粒度分析等对所合成样品进行了表征.结果表明:在一定的高碱度条件下形成高浓度的硅铝酸盐凝胶,才能合成出晶化良好的样品,ZSM-5分子筛是按固相机理形成的;合成ZSM-5分子筛的相对结晶度和平均颗粒度均随晶化温度的升高及硅铝酸盐凝胶浓度的增加而增大,在室温陈化24 h、180℃晶化12～24 h时相对结晶度最高,平均颗粒度基本上与陈化时间无关.     

Silicalite-1修饰的HY型分子筛及其对纤维素水解的催化性能

采用silicalite-1对HY型分子筛进行修饰,得到具有核壳结构的复合分子筛HY/silicalite-1。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、N2的吸附-脱附及吡啶吸附红外(Py-FTIR)等手段对不同晶化时间合成的HY/silicalite-1复合分子筛进行了表征,研究了复合分子筛对纤维素水解的催化性能。结果表明,晶化时间直接影响复合分子筛的晶体生长规律和两组分的相对含量,最佳晶化时间为16-24 h,所得到的复合分子筛外貌呈核壳结构,silicalite-1附晶生长在HY型分子筛的表面;随着晶化时间的延长,复合分子筛的表面由胶浊状变为光滑,最终变为鳞片状;其B酸量先减少后增加,而L酸量则先增加后减少。其中,晶化时间为24 h的HY/silicalite-1复合分子筛B酸量最大,L酸量最小,对纤维素水解反应具有良好的催化性能,葡萄糖收率由HY型分子筛催化获得的28.0%大幅提高至45.8%。     

高岭土原位无溶剂法合成小粒径ZSM-5分子筛

结合原位水热法和无溶剂法的优点,在不添加有机模板剂和溶剂的基础上,以高岭土为原料通过晶种诱导绿色高效地合成出ZSM-5分子筛。运用X射线衍射、N2吸附-脱附、扫描电镜、透射电镜和NH3程序升温脱附(TPD-NH3)等技术对ZSM-5分子筛进行表征。表征结果与原位水热法合成的ZSM-5分子筛相比,原位无溶剂法合成ZSM-5分子筛的结晶度较高、晶体粒径较小、酸强度略高、孔结构相似。     

晶种协同廉价有机模板导向合成高纯度MCM-49沸石

采用廉价低毒性的环己胺（CHA）作为有机模板剂,并合理添加少量MCM-49沸石晶种,在静态水热条件下成功合成了高纯度MCM-49沸石.研究了起始凝胶组成（如Al₂O₃/SiO₂,H₂O/SiO₂,CHA/SiO₂,晶种/SiO₂,Na₂O/SiO₂）、晶化温度和时间等因素对合成MCM-49沸石的影响.通过XRD、SEM、N₂吸附、固体²⁷Al和²⁹Si MAS NMR等手段表征产物,结果表明合成的MCM-49沸石具有良好的结晶度、均匀的晶体尺寸、高比表面积和纯的四配位Al³⁺物种.热重差热分析（TG-DTA）和固体¹³C MAS NMR表征结果证实CHA是作为模板剂填充在沸石产物的孔道内.这种合成MCM-49的方法具有廉价和低毒性的特点,对其产业应用有潜在的重要价值.     

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。     

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。     

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MAS NMR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7 060±1 130。     

An Hetero‐Epitaxially Grown Zeolite Membrane

The secondary growth methodology to form zeolite membranes has stringent requirements for homogeneous epitaxial intergrowth of the seed layer and limits the number of accessible high‐quality zeolite membranes. Despite previous reports on hetero‐epitaxial growth, high‐performance zeolite membranes have yet to be reported using this approach. Here, the successful hetero‐epitaxial growth of highly siliceous ZSM‐58 (DDR‐type zeolite) films from a SSZ‐13 (CHA‐type zeolite) seed layer is reported. The resulting membranes show excellent CO₂ perm‐selectivities, having maximum CO₂ /N₂ and CO₂ /CH₄ separation factors (SFs) as high as about 17 and 279, respectively, at 30 °C. Furthermore, the hybrid membrane maintains the CO₂ perm‐selectivity in the presence of water vapor (the third main component in both cases), that is, CO₂ /N₂ SF of about 14 and CO₂ /CH₄ SF of about 78, respectively, at 50 °C (a representative temperature of both CO₂‐containing streams).     

异相晶种诱导快速合成低硅菱沸石分子筛

在不含有机模板剂体系(OSDAs)中,利用异相晶种(T型分子筛)诱导快速合成出纯相的低硅菱沸石分子筛。采用XRD、SEM、TEM、27Al MAS NMR和紫外拉曼等手段表征分子筛的结构属性和形貌特点。详细研究了菱沸石分子筛的晶化过程以及晶种添加量、nAl2O3/nSi O2、nH2O/nSiO2和碱度对菱沸石分子筛晶化的影响,并探讨T型分子筛晶种诱导合成菱沸石分子筛的晶化机理。原位合成体系中仅形成L型分子筛晶相,而一定量T型分子筛异相晶种的加入诱导溶胶快速制备出纯相的菱沸石分子筛。T型分子筛晶体在一定的水热条件下不断溶解而释放的六元环(6R)和四元环(4R)迅速形成菱沸石分子筛特征笼(CHA笼),抑制了L型分子筛特征单元和特征笼(不含四元环的CAN笼)的形成。     

In situ SAXS/WAXS of zeolite microwave synthesis: NaY, NaA, and beta zeolites.

A custom waveguide apparatus is constructed to study the microwave synthesis of zeolites by in situ small-angle X-ray scattering (SAXS) and wide-angle X-ray scattering (WAXS). The WR-284 waveguide is used to heat precursor solutions using microwaves at a frequency of 2.45 GHz. The reaction vessels are designed to include sections of thin-walled glass, which permit X-rays to pass through the precursor solutions with minimal attenuation. Slots were machined into the waveguide to provide windows for X-ray energy to enter and scatter from solutions during microwave heating. The synthesis of zeolites with conventional heating is also studied using X-ray scattering in the same reactor. SAXS studies show that the crystallization of beta zeolite and NaY zeolite is preceded by a reorganization of nanosized particles in their precursor solutions or gels. The evolution of these particles during the nucleation and crystallization stages of zeolite formation depends on the properties of the precursor solution. The synthesis of NaA and NaX zeolites and sodalite from a single zeolite precursor is studied by microwave and conventional heating. Microwave heating shifts the selectivity of this synthesis in favor of NaA and NaX over sodalite; conventional heating leads to the formation of sodalite for synthesis from the same precursor. The use of microwave heating also led to a more rapid onset of NaA zeolite product crystallization compared to conventional heating. Pulsed and continuous microwave heating are compared for zeolite synthesis. The resulting rates of formation of the zeolite products, and the relative amounts of the products determined from the WAXS spectra, are similar when either pulsed or continuous microwave heating is applied in the reactor while maintaining the same synthesis temperature. The consequences of these results in terms of zeolite synthesis are discussed.     

Synthesis of NaX and NaY Zeolites from Tunisian Kaolinite as Base Catalysts: An Investigation of Knoevenagel Condensation

The synthesis of Faujasite‐type zeolites with high purity has been successfully performed from Tunisian kaolinite and the effects of different crystallization parameters on the final products were widely investigated. The alkaline fusion of kaolinite followed by hydrothermal treatment lead to zeolite NaX synthesis whereas the classic hydrothermal transformation of metakaolinite produces NaY zeolite. The results show that an increase in the synthesis temperature and time has improved the crystallization process of the zeolite NaX whereas the SiO₂/Al₂O₃ and the Na₂O/SiO₂ molar ratios were the key parameters to obtain a pure zeolite NaY. The highest specific surface areas obtained with the optimal crystallization conditions were 554 m2 g^?1 and 592 m2 g^?1 for respectively NaX and NaY zeolites. The basic properties of NaX and NaY zeolites were explored in the Knoevenagel condensation of benzaldehyde with ethyl cyanoacetate at 140 °C as a test reaction in the absence of solvent. The influence of ion exchange with cesium cation on the catalytic activity of prepared catalysts was also investigated. It was found that the NaX provided higher activity than that of NaY catalyst due to its lower Si/Al ratio whereas a cesium exchange conferred higher basicity to the prepared Na‐faujasite.