催化新材料——钛硅分子筛合成及应用研究*

评述了钛硅分子筛新催化材料的合成及其催化应用的研究进展, 包括钛硅分子筛(TS21) 的水热合成方法、原料、模板剂、影响因素、TS21 同晶取代法合成、表征、活性中心、钛硅分子筛双氧水体系的应用研究及近年中孔钛硅分子筛的进展。对未来的研究提出了建议。     

钛硅分子筛TS—1的催化性能研究

本文介绍了钛硅分子筛TS—1的合成方法及合成条件，对其对苯酚羟基化反应的催化性能进行了研究。     

钛硅分子筛TS-1的合成、表征及催化性能

钛硅分子筛TS-1自Taramasso等［1］首次报道合成以来,由于其优异的选择氧化催化 性能及其催化的反应具有对环境污染轻,反应条件温和等优点而备受关注. 钛硅分子筛的制 备及应用研究是分子筛催化领域中的热点之一. 在经典的合成体系中,四丙基氢氧化铵(TPAO H)常被用作模板剂［2］,这是钛硅分子筛价格较为昂贵的主要原因之一. 国内外学者 都致力于廉价合成体系的开发,Müller等［3］报道了以四丙基溴化铵(TPABr)作模板 剂合成钛硅分子筛. 对于钛源和硅源,人们往往都采用水解趋势较为缓和的钛酯和硅酯,以达 到钛源和硅源的匹配;在合成过程中,要预先将钛酯加入到乙酰丙酮或异丙醇溶剂中进行稀释 ,并对胶液进行蒸醇处理［2,3］. 这使得钛硅分子筛的合成过程更加复杂,并提高了 其合成费用. 本文以钛酸四丁酯(TBOT)和四氯化钛混合原料作钛源,成功地合成出对丙烯环 氧化具有优异催化性能的钛硅分子筛TS-1,避免了上述的复杂步骤,并降低了钛硅分子筛的成本.     

以钛酸四丁酯和四氯化钛混合物作钛源合成钛硅分子筛TS—1

以四丙基溴化铵（TPABr)作模板剂、氨水作碱源,以四氯化钛部分取代钛酸四丁酯作钛源,成功地合作了钛硅分子筛TS－1。用XRD、IR、UV－Vis等手段进行表征的结果显示,样品呈现MFI拓扑结构特征。同经典合成体系的TS－1相对比,在紫外谱图上,样品中未出现锐钛矿TiO2的特征吸收,证明混合钛源更有利于钛原子进入分子筛骨架内,合成的分子筛样品在丙烯环氧化反应中也表现出了优异的催化性能。     

以TiCl4醇溶液作钛源在水热体系中合成钛硅分子筛TS-1

钛硅分子筛ＴＳ－１的制备研究是催化领域的一个热点,采用异丙醇为溶剂调节ＴｉＣｌ４的水解活性,并对其为钛源在ＴＰＡＢｒ（四丙基溴化铵）－ＮＨ４ＯＨ体系中合成出了晶粒尺寸为３＊２μｍ的钛硅分子筛ＴＳ－１,用ＸＲＤ、ＩＲ、ＵＶ－Ｖｉｓ、ＳＥＭ等手段对所制备的样品进行了表征。通过对不同溶剂所起的作用的对比,发现醇溶剂分子的体积对钛硅分子筛的合成及着重要影响,其中异丙醇的使用能够有效的降低ＴｉＣｌ４的水解活性,使其与硅源的性质相匹配并促进沸石骨架上钛原子的引入;制得的分子筛ＴＳ－１在丙烯与过氧化氢的环氧化反应中表现出优异的催化性能。     

钛硅分子筛中铝杂质对其性能的影响

 以四丙基溴化铵为模板剂,以硅溶胶为硅源,采用水热合成法制备了不同铝杂质含量的钛硅分子筛,并系统考察了铝杂质对钛硅分子筛性能的影响．结果表明,原料中的铝杂质可促进钛硅分子筛晶化,但同时也引入了酸性中心;在丙烯环氧化反应中,铝杂质形成的酸性中心会催化环氧丙烷与溶剂的副反应;加入少量碱性添加物可抑制铝杂质的酸催化作用,提高环氧丙烷的选择性,但过量碱性添加物会使钛硅分子筛失活．     

钛硅介孔分子筛

综述了钛硅介孔分子筛的合成、表征及其应用研究进展.评述了钛硅介孔分子筛的合成方法与合成条件对分子筛结构性能、钛物种的配位状态和催化性能的影响.介绍了鉴定钛硅介孔分子筛内骨架钛原子的多种波谱学方法以及钛硅介孔分子筛在选择氧化、光催化、酸催化反应中的应用,并指出钛硅介孔分子筛是一种非常有应用前景的环境友好的多相催化剂.     

具有 MWW 结构钛硅分子筛的研究进展

 综述了具有 MWW 结构钛硅分子筛的制备方法、孔道和晶体结构的调变和修饰以及催化应用三个方面的研究进展. 与 TS-1 相比, 具有 MWW 结构钛硅分子筛的制备方法多种多样; 其孔道结构可塑性强, 通过采用层间剥离、柱撑以及分子水平硅烷化插硅扩孔技术, 可以增大和暴露孔道和外表面, 满足不同选择氧化反应的要求. 由于 MWW 结构钛硅分子筛拥有复杂而独特的孔道结构, 所以在小分子 (如直链烯烃等) 的环氧化反应, 和大分子 (环状烯烃, 二苯并噻吩等) 氧化反应中都表现出优异的催化性能. 此外, 该钛硅分子筛表现出与 TS-1 完全不同的溶剂效应, 用于烯丙基氯液相环氧化与酮类氨氧化反应主产物选择性更高.     

多级孔钛硅分子筛的制备及应用进展

以钛硅分子筛(TS-1)为催化剂的选择性催化氧化工艺具有反应条件温和、产物选择性高及环境污染小等特点,促进了烃类催化氧化反应的绿色化发展.但常规TS-1分子筛狭窄的孔道限制了其在大分子催化氧化反应中的应用.多级孔TS-1分子筛为包含不同尺度的孔道结构的晶体沸石,兼具微孔分子筛晶体优异的水热稳定性和介孔材料优异的扩散传输性能,因此其受到国内外众多专家学者的广泛关注.多级孔TS-1分子筛的制备方法很多,主要有直接合成法和后处理法,其中直接合成法包括硬模板法、软模板法和自组装法,而后处理制备主要为碱处理法.我们在对多级孔TS-1分子筛制备方法进行归纳总结的基础上,探讨不同制备方法对分子筛中钛硅物种分布、孔道结构及催化烃类选择性氧化反应性能的影响.结合目前TS-1分子筛应用现状,对其未来发展进行展望.     

钛硅催化材料的研究进展Ⅰ.钛硅混合氧化物的制备与催化性能

钛硅催化材料的发展为研究有机选择氧化反应和开发环境友好化工工艺提供了新途径。钛硅混合氧化物由于制备简单、可操作性强等优点, 引起了人们的广泛重视。本文综述了钛硅混合氧化物的制备研究进展及其在催化有机选择氧化方面的应用, 讨论了制备方式、干燥方法、钛含量、表面修饰等影响钛硅混合氧化物性质和催化性能等的关键因素, 并展望了其应用前景。     

四氯化钛气固相反应法制备钛硅分子筛机理的研究

采用气固相法使TiCl₄与HZSM-5高硅分子筛反应制备了钛硅分子筛Ti-ZSM-5.运用FT-IR, UV-vis, XRD, TG, ICP-AES等手段对合成的钛硅分子筛进行了表征,并以30%H₂O2水溶液环氧化氯丙烯为探针反应对合成的Ti-ZSM-5进行了催化活性考察,结果表明分子筛所载钛原子完全进入骨架,没有发现非骨架钛,Ti-ZSM-5催化性能良好. 定量分析结果表明,钛原子同晶取代铝原子反应进入骨架的贡献极小,仅占骨架钛的0.32%,钛原子主要通过TiCl₄与羟基窝反应而进入分子筛骨架.     

钛硅分子筛催化1-丁烯环氧化研究

自1983年Taramasso等报导TS-1的合成以来,钛硅分子筛的合成及应用一直是分子筛催化领域的热点。经典TS-1合成方法采用四丙基氢氧化铵（TPAOH）为模板剂,合成成本较高、条件苛刻,限制了其应用。用四丙基溴化铵（TPABr）为模板剂代替TPAOH,能够成功地合成TS-1。不同孔道结构的钛硅分子筛,如Ti-β、Ti-MCM-41、Ti-HMS等弥补了TS-1较小孔径的缺点,进一步扩大了钛硅分子筛的应用。本文以不同合成方法得到的TS-1及中孔Ti—HMS为催化剂,双氧水为氧化剂,1-丁烯环氧化合成1,2-环氧丁烷,研究了不同钛硅分子筛对1-丁烯环氧化反应的催化性能。     

钛硅分子筛催化剂的研究进展

钛硅分子筛催化剂的研究进展张小明张兆荣索继栓１）李树本（中国科学院兰州化学物理研究所精细石油化工中间体国家工程研究中心兰州７３００００）关键词钛硅分子筛催化氧化中孔分子筛分类号Ｏ６４３．３２含钛催化剂在有机化合物氧化反应中的作用是众所周知的［１，２］...     

钛硅分子筛的结构表征及催化性能研究

以ＴＰＡＢｒ为模板剂，氨水等为碱源合成了钛硅分子筛ＴＳ－１，并利用ＸＲＤ，ＩＲ，元素分析，ＵＶ－ＶＩＳ，热分析等手段对合成的分子筛进行了表征，通过丙烯环氧化反应合成的ＴＳ－１催化性能。结果结果，ＴＳ－１凝胶与产品的硅钛与基本一致；随着硅钛比的降低，ＴＳ－１由单斜晶系过渡为正交晶系，在硅钛比为１２９－１６．７的范围内，随着进入骨架的钛量增加，单胞体积增大；     

用不同方法合成的钛硅分子筛TS-1的拉曼光谱研究

采用不同方法合成了钛硅分子筛ＴＳ－１,Ｒａｍａｎ光谱表征表明,不同方法合成的ＴＳ－１分子筛中钛的分散状态不同,当钛的含量低于１．５％,不同方法合成的ＴＳ－１中的钛主要以高分散状态存在,当钛含量达到２．０％以上时,不同方法合成的钛硅分子筛中钛的分散状态显著不同,其中以ＴｉＣｌ３合成的分子筛中骨架钛的含最高,而杂晶相锐钛矿含量最低,同时催化氯丙烯环氧化活性也最高,而以正钛酸四丁酯为钛源,在静止态下晶化的钛硅分子筛中锐钛矿含量最高,催化活性最低。     

季铵盐功能化的钛硅分子筛催化丙烯氧化酯化合成碳酸丙烯酯

将有机卤素季铵盐以硅烷化键合方式嫁接到钛硅分子筛上,制备了兼备催化氧化烯烃合成环氧化物和环氧化物碳酸酯化反应的新型双功能催化剂,考察了其在丙烯、过氧化氢和二氧化碳一步合成碳酸丙烯酯的催化性能.研究表明,具有大外表面积的层剥离的钛硅分子筛是一种嫁接季铵盐合适的载体,丙基三丁基卤化铵是酯化催化性能优良的功能化基团,两者的偶合使一步法催化丙烯环氧化酯化合成碳酸丙烯酯的收率达48%.该催化剂具有较好的稳定性和重复使用性能.     

钛硅分子筛在环己酮肟气相贝克曼重排反应中的失活

 对比了不同孔径的钛硅分子筛催化剂Ti－MCM－41（Si／Ti摩尔比＝27）和TS－1（Si／Ti摩尔比＝25）对环己酮肟气相贝克曼重排反应的催化性能，分析了它们在重排反应中的积碳量和孔体积的变化．结果表明，这些钛硅分子筛催化剂的失活主要是由积碳引起的，且积碳速率受催化剂孔径的制约．在重排反应过程中，TS－1催化剂微孔孔道内的积碳量随反应时间线性增加，微孔体积随反应时间线性下降；而二次孔内的积碳量随反应时间呈指数增加，孔体积随反应时间呈指数递减．     

无机钛硅原料合成TS-1催化氯丙烯环氧化反应

采用无机钛硅原料体系合成出了TS-1分子筛,并对TS-1分子筛催化氯丙烯环氧化反应进行了研究.在以甲醇为溶剂的体系中考察了反应时间、反应温度、催化剂用量、氯丙烯与双氧水的摩尔比对反应的影响,得到了无机钛硅原料体系合成的TS-1催化氯丙烯环氧化反应的最优条件:反应时间为60 min,反应温度为45℃,催化剂用量为22.5 g L-1,氯丙烯与双氧水的摩尔比n(AC):n(H2O2)=1.8,并对无机钛硅原料体系合成的TS-1进行了修饰改性,评价了其催化性能.     

高负载钛MCM-41催化剂的制备与表征

钛硅分子筛在各种有机反应中具有独特的催化氧化性能，采用廉价双氧水作氧化剂，产物选择性高，反应条件温和，不会发生深度氧化，且整个催化反应无污染排放，所以越来越受到人们的重视．然而TS—1以及其它微孔分子筛的孔径较小，难以使大分子的有机化合物进人孔道中进行催化反应，因此合成较高水热稳定性及高氧化活性的介孔钛硅分子筛仍是催化研究的重要课题。     

介孔钛硅新催化材料

本文综述了介孔钛硅新催化材料的制备方法,归纳评述了各类介孔钛硅材料的制备技术和相应的产物的结构特点,介绍了现有的表征介孔钛硅材料孔结构和钛活性位的重要技术手段和特征,概括了含钛介孔材料在有机物液相催化选择氧化方面的应用,讨论了提高钛位的催化活性、结构稳定性、疏水性、钛硅比等的技术方法;提出了介孔钛硅材料研究存在的问题并展望了将来的研究方向。