二维沸石及其在大分子催化转化领域的研究进展

与三维结构沸石不同,二维沸石由于其更开放的孔道结构、更大的比表面积、更易暴露的酸性位点,在大分子和扩散限制催化领域显示了特殊优势。通过各种合成和后处理方法,能够调控二维沸石及其衍生材料的孔道种类、大小与分布,从而适用于不同的催化过程。本文综述了近年来二维沸石的合成与应用进展。     

沸石膜的合成、表征与应用

综述了沸石膜的合成、表征及应用。沸石膜合成最常用的方法为水热合成法,并相继发展了二次生长和微波合成法。XRD、SEM、EPMA及气体渗透为表征沸石膜常用的手段。沸石膜在分离、膜反应、催化及光学材料等方面具有广阔的应用前景。最后对沸石膜的发展进行了展望。     

ZSM-5沸石膜的吸附表征

The framework and thickness of synthesized ZSM-5 membranes were characterized using static and dynamic adsorption methods. It is shown that the adsorptive properties of the membranes are the same as ZSM-5 zeolite, the average thickness of the membranes was 13 μm calculated from the adsorptive ability, which matched very well with the result measured by scanning electron micrograph. The results also shown that zeolite membranes have greated adsorptive ability than zeolite powders. The high Si/Al rate zeolite membranes have selective ability on ethanol/water, and this interpreted the separation of ethanol-water mixtures with the membranes.     

二维(2D)沸石与三维(3D)沸石的制备及催化研究进展

如今在能源紧缺和“双碳”背景下, 能源清洁高效利用显得异常重要. 沸石催化剂是在能源加工过程中提高产出和品质的重要手段, 现已成为该领域的研究热点. 随着对沸石研究的进一步深入, 它们的性质和结构逐渐清晰, 广泛应用于催化、吸附、分离等行业. 独特晶体结构的二维沸石, 它们的片层结构在降低分子传输路径的同时, 可增大活性位点的可及性, 降低了积碳率, 具有较大应用潜力. 此外, 通过改变结构导向剂的结构可以拓宽二维沸石的种类, 符合工业上适应范围广的特点. 在此, 综述了两种维度分子筛的发展过程, 阐明了它们在不同领域中催化转化的构-效关系, 以及二维沸石的制备路径. 整理了合成机理并分析了二维沸石在比表面积和活性位点可及性上的优势, 为二维沸石分子筛在工业中的应用提供借鉴.     

二维层状分子筛前驱体的合成、改性及催化应用

二维层状分子筛前驱体具有三维分子筛的层结构单元,具备母体分子筛的特性,其开放二维片层骨架结构给合成新分子筛以及基于其改性得到新衍生结构分子筛提供新机遇,是近年来分子筛研究领域一个新热点。大量二维片层前驱体可直接合成或通过三维分子筛后处理获得,基于二维片层前驱体人们发展了溶胀、剥层、柱撑、原子扩孔、层重组等层操纵的策略,通过这些策略一些常规方法难以合成或不符合理论规则的分子筛被合成出来,这极大地丰富了二维层状分子筛前驱体的研究领域,扩展了其应用范围。本文概述了二维层状分子筛前驱体的结构特点,系统总结了近年来二维层状分子筛前驱体的合成方法,在此基础上着重阐述了其改性获得新结构分子筛的新策略,并介绍了在多相催化反应中的应用。     

填充沸石的聚乙烯醇膜的性质及其在催化酯化反应中的应用

考察了KA、NaA、CaA及NaX沸石填充的聚乙烯醇膜在不同醇/水体系中的分离性能,发现经沸石填充后膜的通量增加,而分离系数的升降则取决于被分离醇分子及沸石的孔径大小。对于小分子醇/水体系,填充膜分离系数下降,反之则上升。经考察KA填充膜对乙酸乙酯化和水杨酸甲酯化的膜助催化反应发现,填充膜对反应的推动作用较未改性膜有了进一步的提高。     

改性Y沸石的孔结构与催化性能

测定了不同方法改性的Y沸石样品的N_2吸附和脱附等温线, 并计算了样品的微孔、大孔和二次孔的孔容和表面积, 以及样品的二次孔分布, 证实改性方法对样品的孔结构有显著的影响。同时, 还考察了不同尺码探针分子在改性Y沸石样品上的酸催化反应活性, 将所得数据与样品的酸量、酸强度和二次孔容相关联, 取得了满意的结果。说明对大尺码反应分子, 改性过程中生成的大孔径二次孔, 对提高沸石催化剂的反应活性是有利的。     

以煤矸石为原料合成Y型沸石及其吸附性能的探究

以固体废物煤矸石为原料,采用“高温焙烧活化 碱熔融 碱溶 陈化 晶化”水热反应体系,根据Y型沸石相应的结构特征,通过对各阶段反应条件的探究及对SiO₂/Al₂O₃的摩尔比的控制,合成Y型沸石,其结构、形貌和性能经X-射线荧光光谱、X-射线衍射、扫描电子显微镜、Fourier红外光谱和氮吸附仪分析表征。并将Y型沸石应用于氨氮废水的处理,对其吸附性能进行研究。结果表明,在活化温度800 ℃,碱熔融温度850 ℃,碱熔融质量比（Na₂CO₃/煤矸石）为1.0,碱溶NaOH溶液浓度为3 mol·L^-1,于60 ℃陈化12 h,晶化温度105 ℃,晶化时间6 h条件下,硅铝比为6~8,制得的Y型沸石结晶度最高（93％）,对氨氮废水的去除率在40 min内达到88.2%。     

分子筛材料在小分子吸附分离中的应用

吸附分离技术与工艺在工业上具有重要意义. 常见的吸附剂包括沸石分子筛、 金属有机框架材料、 活性炭等材料. 分子筛具有比表面积大、 稳定性高、 生产成本低等优势, 可以满足吸附分离技术中高效、 节能和环保的需求, 是一种非常有应用前景的小分子混合物分离吸附剂. 本文综合评述了吸附分离领域中常用的吸附剂材料的特点和吸附分离机理与评价方法, 总结了分子筛在空气分离、 烃类分离、 二氧化碳吸附、 芳香硫化物脱除、 一氧化碳吸附、 氮氧化物吸附、 氢气储存吸附及氢同位素分离等领域的应用, 并对基于分子筛膜的小分子混合物分离现状进行了介绍. 此外, 本文还系统分析了分子筛对不同混合物的吸附分离性能与其拓扑结构、 骨架组成及改性方法之间的关系, 并对未来的研究前景进行了展望.     

高渗透性能丝光沸石膜的合成及在醇/水分离体系中的应用

 以四乙基溴化铵为模板剂，用原位水热合成法在α－Al2O3陶瓷\r\n管上合成出丝光沸石膜，系统研究了合成母液的组成、晶化时间、老化\r\n时间、硅源和铝源以及氟化钠助剂的添加等因素对丝光沸石膜成膜和表\r\n面形貌的影响．结果表明，老化可使成膜沸石的晶粒从30μm减小到5μ\r\nm；添加氟化钠也能减小晶粒的大小；使用异丙醇铝为铝源能制得高度\r\n定向的丝光沸石膜．提出了丝光沸石膜的成膜机理，认为成核发生在载\r\n体表面，凝胶层的晶化过程是从载体的表面开始,不断转化,充分生长后达到凝胶层的表面. 丝光沸石膜对醇/水混合体系的分离研究表明,水/甲醇、水/乙醇、水/正丙醇和水/异丙醇的分离因子分别可达到1500(323 K,水含量xw=15%),4200(343 K,xw=15%),4200(343 K,xw=50%)和3400(343 K,xw=50%),所合成的丝光沸石膜能选择性地透过水,对醇/水混合物有较高的分离系数.     

二维共价三嗪框架膜的制备及其分子分离性能

二维共价三嗪框架材料(2D-CTF)可作为一类理想的二维分离膜基元体。本文利用微界面法制备了具有寡层结构的2D-CTF-1纳米材料,并以其为基元体构筑超薄层状2D-CTF-1分离膜。采用傅里叶红外光谱、X射线光电子能谱、原子力显微镜、透射电子显微镜和扫描电子显微镜对2D-CTF-1纳米材料及其组装成的分离膜进行结构与形貌表征,并测试2D-CTF-1分离膜在不同压力下的纯水通量以及对染料小分子的分离性能。结果表明:2D-CTF-1分离膜的纯水通量可达153.7 L/(m2·h)(25℃,0.1 MPa),二维面内结构孔为主要的水分子传输通道,对染料小分子刚果红的渗透通量为132.5 L/(m2·h)(25℃,0.1 MPa),截留率为98.3%。2D-CTF-1分离膜在长时间连续运行后仍能维持较高通量和96%以上的截留率,是一类极具潜力的新型二维分离膜材料。     

用亚微米级晶种涂层法合成NaA沸石膜及其结构表征

 在大孔α-Al2O3陶瓷管载体上,采用亚微米级晶种涂层法在澄清溶液体系中二次生长成膜,制备了NaA沸石膜. 采用TEM,SEM和XRD等手段对晶种、陶瓷载体及沸石膜的结构、晶体形貌和成膜情况进行了表征. 结果表明,合成晶种的晶粒呈立方体,颗粒小(约150 nm)而均匀,无杂晶,可作为晶种在载体上进行预涂. 载体的孔径大而不均匀,表面粗糙不平整,直接成膜则表面仅有较少的沸石晶粒沉积,不能连续成膜. 经亚微米级晶种涂层后,载体表面形成了一层均匀、光滑的晶种层(厚度为2～3 μm); 水热晶化成膜后,膜表面晶粒相互交织生长完好,无晶间隙,所得膜致密,连续,规整,清晰,无裂缺. 该法是一种制备沸石膜的好方法.     

二维炭基多孔材料的合成及应用

Two-dimensional (2D) materials possess nanoscale thickness with large aspect ratios on the other two dimensions. The ultrahigh surface-to-volume ratio of 2D materials is the most important property different from their bulk counterparts, and is beneficial for mass and heat transport, and ion diffusion. Among the various 2D materials, carbon-based materials have attracted tremendous attentions since the first explosive research on graphene. Therefore, they provide opportunities for applications in adsorption, catalysis, and electrical energy storage. The porous structure of such carbon materials is a key influence on the properties of these 2D materials. This review focuses on recent developments in synthesis strategies for 2D carbon-based materials, especially the preparation of carbon nanosheets and carbon-inorganic hybrids/composites nanosheets. The main factors influencing the porous structure of the material are discussed for each method. Applications of the materials are introduced, mainly in the fields of adsorption, heterogeneous catalysis, and electrical energy storage. Finally, the leading-edge issues of novel 2D carbon-based materials for the future are discussed.     

Cu-β沸石的合成、表征及催化性能

采用水热合成法在SiO₂-CuO-(TEA)₂O-H₂O-NH₄F体系中合成了Cu-β沸石,运用X射线衍射、红外光谱、紫外-可见固体漫反射光谱、热重-差热分析、扫描电镜和等离子体发射光谱仪等对样品进行了表征,并探讨了影响Cu-β沸石合成的因素。结果表明,按化学组成(物质的量的比)n_SiO2∶n_CuO∶n_(TEA)2O∶n_H2O∶n_NH4F=60∶(0.5~5.0)∶(16~18)∶(550~650)∶(25~50)配制初始反应混合物,可以制备出结晶良好的Cu-β沸石,且Cu原子进入了沸石骨架。所得Cu-β沸石(n_Si/n_Cu=30)在H₂O₂氧化苯酚的羟基化反应中表现出较好的催化活性,苯酚的转化率为25.1%,邻苯二酚和对苯二酚的选择性分别为63.9%和32.5%。     

含金属Y型沸石的合成,表征及其催化性能研究

在水热合成体系中制备了系列含金属的Y型沸石(金属=铁、铬、钴),并采用XRD、SEM、ICP、FTIR和UV-vis技术对其进行了表征。FTIR和UV-vis测试结果表明Fe(Ⅲ)、Co(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)离子进入沸石骨架,而Cr(Ⅲ)则没有。金属离子对所制备产物晶化及组成有很大的影响。此外,还对含金属的Y型沸石在环己烷氧化反应中的催化性能进行了考察。     

莫来石管上丝光沸石膜的合成与渗透汽化性能

采用不添加有机模板剂、配比为n_(Na_2O):n_(Al_2O_3):n_(SiO_3):n_(H_2O)=0.25:0.015～0.1:1:15～60溶胶,在涂有晶种的多孔莫来石管上水热合成出了丝光沸石膜。制备的膜经XRD和SEM表征。考察了合成时间、硅铝比、水硅比和硅源等因素对膜生长及其性能的影响。合成时间的延长有利于丝光沸石c轴方向的优先生长,然而优先取向生长膜层并未提高膜在水/乙醇分离体系中的渗透通量和选择性。优化条件下合成的膜具有较高的渗透汽化性能,在348 K、水/乙醇(10/90,W/W)混合溶液中的渗透通量和分离因子分别为0.70 kg·m~(-2)·h~(-1)。和860。基于XRD和SEM表征结果,高的渗透汽化性能可归结于在莫来石支撑层与较为疏松的表面晶体层之间形成的致密中间层。     

自粘结低硅铝X型沸石的结构、吸附和N_2/O_2分离比

用原位合成方法直接将高岭土转化为所需形状的低硅X型沸石(PLSX),经X衍射,~(29)Si,~(27)AI MAS NMR谱证实PLSX的结构硅铝比接近1,它含LSX的组成为40.40%,含4A的组成为17.92%,其余为无定形硅、铝氧化物.LSX的骨架硅铝比接近1,是骨架负电荷分配最均匀的X型沸石,293K时静态法测定和推算ISX的饱和吸附水达39.80wt%,LSX的组成为Na(96-x)K_x(Al_(96)S_i(96)O_(384))·310H_2O,是吸附量高、价廉的吸水剂.PLSX对空气中氮氧的分离系数为α(N_2/O_2)=3.15,高于用于PSA的商品5A的α(N_2/O_2)=2.33和已报道的13X的α(N_2/O_2)=2.36.PLSX也是一种极好的吸附分离剂.     

自粘结低硅铝X型沸石的结构、吸附和N2/O2分离比

用原位合成方法直接将高岭土转化为所需形状的低硅Ｘ型沸石（ＰＬＳＸ）,经Ｘ衍射,＾２９Ｓｉ＾２７ＡｌＭＡＳＮＭＲ谱证实ＰＬＳＸ的结构硅铝比接近１,它含ＬＳＸ的组成为４０．４０％,含４Ａ的组成为１７．９２％,其余为无定形硅、铝氧化物、ＬＳＸ的骨架硅铝比接近１,是骨架负电荷分离最是均匀的Ｘ型沸石,２９３Ｋ时静态法测定和推算ＬＳＸ的饱和吸附水达３９．８０ｗｔ％,ＬＳＸ的组成为Ｎａ９６－ｘＫｘ（Ａｌ９６Ｓｉ     

杂原子沸石的二次合成及其表征：Ⅱ.含Ti,Fe杂原子沸石

分别以NH_4Y及ZSM-5为原料,(NH_4)_2TiF_6、(NH_4)_3FeF_6为取代剂,进行液-固相类质同晶取代反应,并用XRD、IR、ESR、M(?)ssbauer谱等一系列方法进行了表征,结果发现:Ti进入了Y型及ZSM-S沸石骨架;Fe只进入了Y型沸石骨架,而没能进入ZSM-5沸石骨架,Fe、Ti杂原子进入沸石后,其晶胞参数增大,红外对称和反对称伸缩振动的频率向低频移动。