蒸汽辅助结晶法合成多级孔整体型ZSM-5分子筛（英文）

多级孔分子筛由于其高的比表面积、良好的传质性能和可调控的孔径等特性,引起了广大科研工作者的研究兴趣.近年来,通过选择性脱除骨架硅或铝,成功合成了多级孔沸石分子筛材料.但是由于骨架原子的脱除使分子筛的结晶度降低,进而使其催化效率降低.通过硬模板法(如炭黑、介孔硅球、气凝胶等),也用于合成多级孔沸石分子筛.然而,这种方法制备过程较为复杂,且成本较高.因此,亟需发展新的多级孔分子筛的制备方法.此外,在工业应用中,沸石分子筛催化剂通常需要做成整体柱状或片形以消除固定床反应器的床层压降.合成整体型沸石分子筛的传统方法是在沸石分子筛成型过程中添加SiO_2和Al_2O_3等无机粘结剂.虽然该方法简单易行,但沸石分子筛的孔道结构容易被破坏,而且无机粘结剂的存在使分子筛活性中心的密度减少.为了解决这些问题,合成整体型多级孔沸石分子筛,不仅具有较强的机械稳定性,适应于工业,而且其多级孔道有利于分子的扩散,从而具有较高的催化活性.针对上述问题,我们以海绵作为模板,通过蒸汽辅助结晶(steam-assisted crystallization,SAC)方法,制备具有多级孔道的整体型ZSM-5分子筛.通过X射线衍射(XRD)、氮吸附脱附、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、固态核磁共振和氨气的程序升温脱附(NH3-TPD)等手段对分子筛进行了结构与性质表征.XRD和固态核磁共振的结果表明,成功合成了不同Si/Al的ZSM-5分子筛.SEM和TEM结果进一步确定了合成的整体型多级孔ZSM-5分子筛(记作M-ZSM-n,n代表Si/Al的摩尔比),由于分子筛颗粒的堆积形成的介孔,海绵模板提供的固体骨架形成的大孔,分子筛本身的微孔,共同构成了微孔-介孔-大孔的整体型ZSM-5分子筛.透射电子显微镜上配备的X射线能谱仪(EDS)结果表明,分子筛中的Si和Al元素能够均匀的分布.氮吸附脱附证明所得整体型分子筛具有明显的介孔结构.NH3-TPD结果表明,不同Si/Al的整体型多级孔ZSM-5分子筛具有不同强度的酸性,其酸性强度:ZSM-5(60)M-ZSM-90M-ZSM-40M-ZSM-60.苯甲醇和己酸的液相反应进一步验证了这一结论,而且合成的整体型多级孔ZSM-5分子筛比传统的ZSM-5分子筛(记作ZSM-5(60))表现出更优异的催化活性.     

以一种新型Gemini表面活性剂作为介孔模板剂通过转晶过程合成介孔ZSM-5分子筛

将一种新型Gemini表面活性剂,丙撑基双(十八烷基二甲基氯化铵)[C18H37(CH3)2–N+–(CH2)3–N+–(CH3)2C18H37]Cl2(C18-3-18),作为介孔模板剂用于水热法合成介孔ZSM-5分子筛.结果表明,在130 oC低温晶化即可高效合成介孔ZSM-5分子刷.C18-3-18的加入量可影响到所合成介孔ZSM-5分子筛的相对结晶度和织构性质,它的形成遵从一个转晶过程.在合成初期,凝胶中介孔模板剂C18-3-18的使用导向了介孔材料的生成;随后在TPABr的模板作用下,介孔材料慢慢转晶生成具有MFI结构的介孔ZSM-5;然后所合成的介孔ZSM-5晶粒进一步长大并聚集形成块状颗粒,同时产生晶间介孔.C18-3-18作为介孔导向剂不仅可用于合成介孔ZSM-5分子筛,也可用于其它介孔分子筛的合成中.     

丙烯在ZSM-5沸石上齐聚反应的研究Ⅰ. 模板剂用量对丙烯齐聚反应的影响

考察了不同正丁胺(NBA)模板剂用量合成ZSM-5沸石的物化特性和催化性能.采用XRD、SEM、NH3-TPD和BET等手段对合成样品的物化特性进行了表征.结果表明,模板剂与SiO2摩尔比在0.67～0.22时合成的ZSM-5沸石结晶度高于90%;随着模板剂用量的减少,ZSM-5沸石的平均粒径减小,强酸量也存在相同的趋势.丙烯齐聚反应评价结果显示,模板剂用量对合成ZSM-5沸石的催化活性有显著影响,模板剂与SiO2摩尔比在0.67～0.45之间合成的沸石催化性能较好.     

蒸汽辅助结晶法合成多级孔整体型ZSM-5分子筛

多级孔分子筛由于其高的比表面积、良好的传质性能和可调控的孔径等特性,引起了广大科研工作者的研究兴趣.近年来,通过选择性脱除骨架硅或铝,成功合成了多级孔沸石分子筛材料.但是由于骨架原子的脱除使分子筛的结晶度降低,进而使其催化效率降低.通过硬模板法(如炭黑、介孔硅球、气凝胶等),也用于合成多级孔沸石分子筛.然而,这种方法制备过程较为复杂,且成本较高.因此,亟需发展新的多级孔分子筛的制备方法.此外,在工业应用中,沸石分子筛催化剂通常需要做成整体柱状或片形以消除固定床反应器的床层压降.合成整体型沸石分子筛的传统方法是在沸石分子筛成型过程中添加SiO2和Al2O3等无机粘结剂.虽然该方法简单易行,但沸石分子筛的孔道结构容易被破坏,而且无机粘结剂的存在使分子筛活性中心的密度减少.为了解决这些问题,合成整体型多级孔沸石分子筛,不仅具有较强的机械稳定性,适应于工业,而且其多级孔道有利于分子的扩散,从而具有较高的催化活性.针对上述问题,我们以海绵作为模板,通过蒸汽辅助结晶(steam-assisted crystallization,SAC)方法,制备具有多级孔道的整体型ZSM-5分子筛.通过X射线衍射(XRD)、氮吸附脱附、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、固态核磁共振和氨气的程序升温脱附(NH3-TPD)等手段对分子筛进行了结构与性质表征.XRD和固态核磁共振的结果表明,成功合成了不同Si/Al的ZSM-5分子筛.SEM和TEM结果进一步确定了合成的整体型多级孔ZSM-5分子筛(记作M-ZSM-n,n代表Si/Al的摩尔比),由于分子筛颗粒的堆积形成的介孔,海绵模板提供的固体骨架形成的大孔,分子筛本身的微孔,共同构成了微孔-介孔-大孔的整体型ZSM-5分子筛.透射电子显微镜上配备的X射线能谱仪(EDS)结果表明,分子筛中的Si和Al元素能够均匀的分布.氮吸附脱附证明所得整体型分子筛具有明显的介孔结构.NH3-TPD结果表明,不同Si/Al的整体型多级孔ZSM-5分子筛具有不同强度的酸性,其酸性强度:ZSM-5(60)相似文献   

(M,Na)ZSM-5沸石合成中的阳离子效应 Ⅱ.正丁胺阳离子的行为

本文用TG、MS、元素分析等方法研究了合成沸石烘干原粉中有机胺的存在状态。结果表明,沸石孔道中有机胺有两种状态,一种是物理吸咐态正丁胺,另一种是电荷补偿态的三丁基胺。并从孔道填充角度分析说明,三丁基胺作为模板剂有利于ZSM-5沸石的晶化。阶段取样实验证明,有机胺主要以电荷补偿阳离子形式构成三丁基胺正四面体结构,导向ZSM-5沸石核的生成。同时,正丁胺以物理吸咐态形式进入沸石孔道。酸性测定发现,正丁胺合成体系品化的ZSM-5沸石,强酸性中心主要产生于电荷补偿有机胺分解后生成的酸性中心。     

高效ZSM-5-L二元复合分子筛的合成及正戊烷芳构化性能

通过优化水热陈化条件制备纳米L沸石,再采用水热合成结合原位二次晶化法,合成具有微-介复合孔结构的高效ZSM-5-L二元复合分子筛.考察了体系pH、二次晶化温度等因素对ZSM-5-L复合分子筛合成的影响,采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)等技术对复合分子筛进行表征,确定了最佳复合条件:pH=10.5~11.5,晶化温度170℃,晶化时间24 h.ZSM-5-L复合分子筛具有不同于ZSM-5沸石、L沸石及两者机械混合物的物性特征,且具有微-介复合孔结构.以正戊烷催化转化为探针反应,评价了ZSM-5-L复合分子筛轻烃芳构化反应性能.在相同反应条件下,ZSM-5-L复合分子筛具有优于2种单分子筛及二者机械混合物的正戊烷芳构化催化性能.     

介孔-微孔复合材料的水热稳定性及其催化裂化性能

采用无模板剂的溶胶凝胶法制备了一系列具有均一介孔和MFI沸石微孔的复合材料.与MCM-41相比,包含silicalite-1沸石结构的复合材料的水热稳定性得到显著改善.1,3,5-三异丙苯的催化裂化反应结果表明,与商品HZSM-5沸石相比,包含ZSM-5沸石结构的复合材料具有更高的催化活性和抗积炭性能.三异丙苯的转化率...     

模板剂对ZSM—5分子筛的成孔作用

用不同模板剂合成出不同硅铝比的ZSM-5沸石分子筛。在560℃赶除模板剂,经饱合吸冰后,应用多晶X射线衍射测定各样品的结晶度和晶胞体积。实验结果表明,合成氧化铝含量相同的ZSM-5分子筛时,加入不同的模板剂所得分子筛的晶胞体积不等(或称孔体积不等)。据此可以推测,模板剂对合成分子筛的造孔起支撑和定位的作用。     

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.     

微孔/介孔复合分子筛的合成及其对CO2的吸附性能

采用两步晶化法将合成的沸石前驱液(S)或沸石固体粉末(P)经不同浓度(c)的NaOH处理后, 分别以表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)软模板或介孔炭(Meso-C)硬模板为导向剂, 自组装合成S-β-MCM41(c)、P-β-MCM41(c)、P-ZSM-MCM41(c)、P-ZSM-C系列微孔/介孔复合分子筛. 考察了沸石分子筛种类、碱处理液浓度以及介孔模板剂对合成复合分子筛结构与性能的影响. X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和氮气吸附-脱附表征结果表明产物具有微孔/介孔多级孔结构. 该材料对CO₂的吸附能力比纯微孔或介孔材料均有明显提高, 其中P-ZSM-MCM41(2)的CO₂吸附容量最大可达1.51 mmol·g^-1, 为ZSM-5沸石吸附量的两倍多.     

Sustainable Synthesis of Core-Shell Structured ZSM-5@Silicalite-1 Zeolite

Core-shell structured ZSM-5@Silicalite-1 zeolite could effectively hinder the deactivation of catalyst surface. Currently, organic structure directing agents(OSDAs) are necessary in the conventional route for the synthesis of this core-shell zeolite under hydrothermal conditions, which is costly and environmental-unfriendly. In this research, a synthesis of the core-shell structured ZSM-5@Silicalite-1 zeolite with a strategy of alcohol filling and zeolite seeding without any organic template or solvent is exhibited. The obtained products are well characterized by X-ray powder diffractometer(XRD), scanning electron microscopy(SEM), transmission electron microscopy(TEM), N₂ sorption isotherms, solid magic angle spinning(MAS) NMR, temperature-programmed-desorption of ammonia(NH₃-TPD), and X-ray photoelectron spectroscopy(XPS) techniques, in order to confirm the core-shell structure. More importantly, the core-shell structured ZSM-5@Silicalite-1 zeolite exhibits a long lifetime and a high p-xylene selectivity in the alkylation of toluene with methanol, compared with the conventional ZSM-5 catalyst.     

Constructing Intrapenetrated Hierarchical Zeolites with Highly Complete Framework via Protozeolite Seeding

Creation of intrapenetrated mesopores with open highway from external surface into the interior of zeolite crystals are highly desirable that can significantly improve the molecular transport and active sites accessibility of microporous zeolites to afford enhanced catalytic properties. Here, different from traditional zeolite-seeded methods that generally produced isolated mesopores in zeolites, nanosized amorphous protozeolites with embryo structure of zeolites were used as seeds for the construction of single-crystalline hierarchical ZSM-5 zeolites with intrapenetrated mesopores (mesopore volume of 0.51 cm³ g⁻¹) and highly complete framework. In this strategy, in contrast to the conventional synthesis, only a small amount of organic structure directing agents and a low crystallization temperature were adopted to promise the protozeolites as the dominant growth directing sites to induce crystallization. The protozeolite nanoseeds provided abundant nucleation sites for surrounding precursors to be crystallized, followed by oriented coalescence of crystallites resulting in the formation of intrapenetrated mesopores. The as-prepared hierarchical ZSM-5 zeolites exhibited ultra-long lifetime of 443.9 hours and a high propylene selectivity of 47.92 % at a WHSV of 2 h⁻¹ in the methanol-to-propylene reaction. This work provides a facile protozeolite-seeded strategy for the synthesis of intrapenetrated hierarchical zeolites that are highly effective for catalytic applications.     

一步法合成多级孔结构ZSM-5分子筛

多级孔结构ZSM-5分子筛的合成过程复杂。利用双模板剂,通过优化晶化条件(如晶化时间与晶化温度)和Si/Al物质的量比等一步水热晶化合成了具有多级孔结构的ZSM-5分子筛,并采用XRD、N₂吸附-脱附、吡啶红外吸脱附、SEM和TEM等方法对样品的晶体结构、孔道结构、表面酸性和形貌等进行了表征。结果表明,一步法合成多级孔结构ZSM-5分子筛的适宜条件是:晶化温度160-180℃,晶化时间24-96 h,反应物组成为SiO₂/Al₂O₃/Na₂O/CTAB/TPABr/H₂O=1/x/0.4/0.05/0.12/280,(x:50-240)。其中,晶化温度160℃、晶化时间48 h和以Si/Al物质的量比50的凝胶合成的样品具有有序的介孔(平均尺寸3.60 nm)结构、较高的结晶度和较强的酸性。     

多级孔ZSM-5分子筛: 丰富的外表面酸中心和良好的二甲苯异构化催化性能

多级孔沸石分子筛的结构性质及其催化性能是近年来分子筛研究的热点.本文采用蒸汽辅助晶化的方法制备了多级孔ZSM-5沸石分子筛,采用NH₃程序升温脱附和原位吸附红外光谱等方法研究了其表面酸性质,用邻二甲苯异构化反应考察了其催化性能.结果表明,多级孔结构分子筛的结晶度和总酸量有所下降,但Lewis酸中心却有所增加.进一步研究发现,多级孔结构分子筛的外表面酸中心数量远高于常规分子筛,从而证实了多级孔结构可以将更多的酸中心暴露到外表面;而外表面酸中心数量的增多和扩散传质的改善是多级孔ZSM-5分子筛在邻二甲苯异构化反应中具有更高催化活性和对二甲苯产率的重要原因.     

多级结构ZSM-5沸石分子筛的合成及其Mo基催化剂在甲烷无氧脱氢芳构化中的应用

以经盐酸预处理的碳纳米管为第二模板,在不添加其它有机溶剂的情况下,仅通过控制晶化条件,即采用变温水热晶化法合成具有多级结构的ZSM-5分子筛.通过x射线衍射、红外光谱测试、透射电镜和N2吸附对合成的分子筛进行了表征,结果表明,该合成分子筛呈近球形,是由纳米棒自组装形成的具有多级结构的亚微米球.该分子筛改性后用于甲烷无氧脱氢芳构化反应,显示出良好的催化性能,甲烷转化率最初达到19%,反应至24 h时甲烷转化率仍保持在10%左右,并且保持了较高的芳香物选择性(达到50%以上).     

One-step synthesis of hierarchical aluminosilicate aggregates using bifunctional alkanolamine as single template

Highly active, hierarchical zeolite ZSM-5 aggregates have been prepared in a one-step synthesis using alkanolamine as single template. The effects of SiO₂/Al₂O₃, pH and H₂O/SiO₂ on the aggregate morphology of the ZSM-5 nanocrystals were investigated. The obtained aggregate zeolites characterized by SEM, TEM and BET possessed significant textual porosity (up to 0.22 cm³/g), which could be tuned by the number of substituents in the alkanolamine molecules and the amount of aluminum in the synthetic mixtures. These zeolite aggregates showed high activities for Friedel–Crafts alkylations and may curtail the filtration difficulties during the synthesis and applications to some extent.     

Bread-template synthesis of hierarchical mesoporous ZSM-5 zeolite with hydrothermally stable mesoporosity

A hierarchical mesoporous ZSM-5 zeolite has been synthesized by using starch-derived bread as a meso-template. The obtained mesoporous ZSM-5 was characterized with X-ray diffraction (XRD), nitrogen sorption, scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM) and thermogravimetric (TG)/differential thermal analysis (DTA) techniques. Hydrothermal treatments revealed that the mesoporosity in hierarchical mesoporous ZSM-5 exhibited excellent hydrothermal stability. Catalytic tests showed that hierarchical mesoporous ZSM-5 was more active than conventional zeolite of ZSM-5 in catalytic cracking of 1,3,5-tri-isopropylbenzene. Hydrogen adsorption measurements showed hierarchical mesoporous ZSM-5 had a higher storage capacity than the conventional ZSM-5.     

多级孔ZSM-5分子筛的制备及其在炼油领域中的应用

多级孔ZSM-5分子筛结合了微孔分子筛可调变的酸性、良好的水热稳定性以及介孔材料优异的传质扩散性能,在催化领域有着广阔的应用前景.我们综述了近年来多级孔ZSM-5分子筛的研究进展,重点概述了多级孔ZSM-5分子筛的不同制备方法,包括后处理法、硬模板法和软模板法等,同时介绍了多级孔ZSM-5分子筛在炼油领域的应用研究,并在上述基础上对多级孔ZSM-5分子筛的研究趋势进行了展望.     

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.     

Tailoring Hierarchical Zeolites with Designed Cationic Surfactants and Their High Catalytic Performance

Three hierarchical porous zeolites (H‐*BEA, H‐MTW, and H‐*MRE) were successfully synthesized with the assistance of designed cationic surfactants under hydrothermal synthesis conditions. The as‐synthesized zeolite samples can be easily regulated by changing the number of long hydrophobic n ‐alkyl chains. Also, we investigated the relationship between the length of the surfactant and the formation of the microporous structure of the zeolite. Furthermore, the alkylation of benzene with propene was performed as a probe reaction to evaluate the catalytic performance of the synthesized hierarchical zeolites. The resulting materials were characterized by using a complementary combination of techniques, that is, X‐ray powder diffraction, N₂ adsorption–desorption isotherms, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, Fourier transform IR spectroscopy, ²⁸Si and ²⁷Al MAS NMR spectroscopies, thermogravimetric analysis, and computer simulation. These analysis results indicated that quaternary ammonium surfactants acted as organic structure‐directing agents (OSDAs) in the formation of these hierarchical zeolite samples, whether the surfactant had long hydrophobic tail groups or not. The simulation results indicated that the organic molecules with no long hydrophobic chain could lead to the synthesis of zeolite through charge control, and the hydrophobic molecules with long hydrophobic chains could form zeolites through orbital control. These hierarchical zeolites showed improved catalytic activity towards the industrially relevant alkylation of benzene with propene compared with conventional zeolites with the same frameworks. More importantly, the success of using quaternary ammonium surfactants with no hydrophobic n ‐alkyl tail group in the synthesis of hierarchically structured mesoporous zeolites provides a new pathway for the synthesis of hierarchical porous materials by a soft‐templating method.