钛硅沸石的结晶动力学研究

 在TPABr-正丁胺体系中合成了钛硅沸石TS-1, 研究了此体系中的结晶动力学,求出了不同温度下的成核速率、晶体生长速率及表观活化能. 还研究了晶种类型和用量对钛硅沸石晶化的影响. 结果表明,随着晶化温度的升高, TS-1成核诱导期缩短,成核速率及晶体生长速率加快; 加入晶种可明显缩短TS-1成核诱导期,并减小晶粒粒度; TS-1, M, ZSM-11和β沸石等均可作为晶种合成TS-1, 并存在一个最佳晶种用量; 不加晶种时TS-1成核活化能和晶体生长活化能分别为44.4和75.7 kJ/mol.     

无模板剂预晶化液添加法合成ZSM-5分子筛

研究了旋转烘箱中无模板剂条件下,预晶化液添加对合成ZSM-5分子筛的影响。系统研究了预晶化液加入量对合成分子筛晶化速率及颗粒大小的影响。采用X射线衍射,扫描电镜,N2吸附-脱附,和激光粒度分布等分析方法对合成的ZSM-5分子筛样品的物化性能进行了表征。结果表明,预晶化液的添加可以明显加快分子筛的晶化速率,预晶化液添加量为33.3wt%时达到最大结晶度的合成时间由未添加时的48 h减少到24 h。添加预晶化液的母液在150℃晶化24 h时所得ZSM-5分子筛团聚体的颗粒大小随着预晶化液加入量的增大而增大,由5.5μm增大到26.3μm。团聚体颗粒的比表面积比未添加预晶化液得到的分子筛(292 m2.g-1)有了不同程度的提高,如添加量为33.3wt%时为394 m2.g-1。对预晶化液添加法合成ZSM-5分子筛团聚体颗粒的生长机理进行了讨论。     

以氨水做碱源胶态晶种导向法合成小晶粒TS-1分子筛

TS-1分子筛具有MFI拓扑结构,因其独特的择形选择性和优异的催化氧化能力而广受关注.最早报道的TS-1合成方法采用大量四丙基氢氧化铵(TPAOH)作为有机结构导向剂, TPAOH价格昂贵,制约着TS-1分子筛大规模应用.开发廉价、环境友好的合成工艺是TS-1分子筛合成领域的重要课题.以价格相对较低的四丙基溴化铵(TPABr)代替TPAOH做有机结构导向剂,以氨水为碱源可合成TS-1分子筛,但产物晶粒尺寸远远大于以TPAOH做模板的合成结果,影响TS-1分子筛的传质和催化性能.因此,人们对该法进行了改进,选用有机胺作为碱源, TPABr为结构导向剂合成TS-1分子筛,但始终未能将其晶粒尺寸降至1μm以下.在合成体系中引入预先合成的TS-1分子筛或TS-1胶态前驱体作为晶种可以促进成核,缩短成核诱导期,有利于获得小晶粒尺寸的TS-1分子筛.此类方法往往需要辅助以大量有机胺等结构导向剂;胶态TS-1前驱体的制备需要特别小心以保证晶种中Ti的四配位状态,通常需要经历低温水解钛酸四丁酯(TBOT)和高温加热除醇等繁琐步骤.而胶态纯硅silicalite-1制备则相对简单,且已广泛用于导向合成同样具有MFI结构的ZSM-5沸石,但目前鲜有以silicalite-1做晶种合成TS-1分子筛的报道.基于此,本文以纯硅胶态silicalite-1为晶种,以氨水做碱源,辅助以少量TPABr做导向剂,合成了小晶粒TS-1分子筛,并以正己烯环氧化和环己酮氨肟化做探针反应考察了所得TS-1分子筛的催化氧化性能. X射线衍射结果表明,当晶种中SiO2占合成体系中SiO2的10 wt%(晶种引入TPAOH, TPAOH/SiO2=0.35),加入TPABr (TPABr/SiO2=0.03)做辅助结构导向剂,即合成体系中总(TPAOH+TPABr)/SiO2摩尔比低至0.07时,所得样品依然具有良好的结晶度.扫描电镜照片观察不到无定形物存在;晶种中SiO2占合成体系中SiO2的10 wt%时,所得TS-1晶粒尺寸约为250 nm ×150 nm ×50 nm;其他条件不变,胶态晶种用量增加到15 wt%时,初级晶粒尺寸基本保持不变,晶粒-晶粒之间交叉生长,形成孪生形貌;继续增加胶态晶种用量至20 wt%时,晶粒尺寸下降至仅100 nm左右;而用20 wt%胶态晶种所含相同量的TPAOH来代替胶态晶种,得到样品呈近10μm的大块状.与之对应的是,胶态silicalite-1晶种导向得到的小晶粒TS-1分子筛具有比直接用TPAOH得到的大块状样品更大的外比表面积和堆积孔体积.分析结果显示所得TS-1分子筛的体相TiO2/SiO2比在41–43.红外光谱和紫外可见光谱结果表明,胶态晶种导向法所得TS-1分子筛中的Ti主要以四配位状态存在,而直接用TPAOH合成的大块状样品则呈现显著骨架外Ti吸收峰,说明胶态晶种有助于Ti物种进入分子筛骨架.在催化正己烯环氧化反应时,用胶态silicalite-1晶种导向得到的小晶粒TS-1分子筛表现出与大块状TS-1相似的催化性能;而以环己酮氨肟化做探针反应时,小晶粒TS-1分子筛因具有外比表面积大和扩散路径短等优点而表现出远远高于大块状TS-1分子筛的催化活性.但与文献报道的相同SiO2/TiO2比的TS-1分子筛比较,本文所得小晶粒TS-1分子筛催化正己烯环氧化的活性略差.提高该小晶粒TS-1分子筛正己烯环氧化活性和建立构-效关系是下一步工作的重点.     

桥联有机硅烷组装多级孔TS-1聚集体及其催化性能研究（英文）

TS-1分子筛在H_2O_2参与的有机物分子选择氧化及环氧化反应中具有优异的催化性能,一直广受关注.目前,随着精细化工反应中大分子及液相反应的增多,目前工业上使用的微米级尺寸的沸石晶粒催化材料因其狭窄的孔道和较大的扩散阻力而越来越不能满足工业的实际生产需求与应用.小晶粒纳米沸石由于具有较大的外比表面积和较高的晶内扩散速率,因而在提高催化剂的利用率、增强大分子转化能力、减小深度反应、提高选择性以及降低结焦失活等方面均表现出优越的性能.然而,尺寸低于100 nm的沸石又存在着分离问题.因此,具有高催化活性、又能一步实现分离与回收的纳米沸石聚集体的合成,引起了人们的研究兴趣.目前可以通过使用聚苯乙烯球,球型阴离子交换树脂,硅烷化聚合物,聚合诱导胶体聚集(PICA)等实现纳米沸石聚集体材料的合成.其中采用有机硅烷化试剂来制备多级孔纳米沸石聚集体材料提供了一种新的路线.在沸石晶体表面修饰上有机硅烷化试剂,含Si–C键的有机硅烷化物种可以有效地阻止沸石颗粒的晶体生长,抑制形成大的沸石晶体,从而得到纳米粒子聚集体;同时有机硅烷化物种也对纳米沸石进行了表面改性,提高了其疏水性.特别是在有机相中硅烷化沸石可以形成小的、均匀的、聚集的疏水性的纳米沸石.同时,硅烷化试剂的本质和分子大小是沸石聚集体中多级孔大小的决定性因素.具有可调结构的多级孔沸石晶体可以通过在常规的碱性沸石合成混合物溶液中添加一个两性有机硅表面活性剂而合成.研究发现,固定在沸石纳米晶表面的机硅烷物种Si–C键能部分抑制纳米颗粒进一步聚集成较大的晶体,使用硅烷化晶种的方法可以合成具有高比表面的多级孔ZSM-5等沸石.然而,目前已报道的通过硅烷化晶种方法中得到的多级孔TS-1沸石材料的尺寸仅有100–150 nm,仍不利于分离和回收.近来桥联有机硅烷试剂进入人们的视野——通过干胶法合成多级孔β沸石,然而它们的尺寸也只有300–500 nm,反应分离和回收仍然非常困难.本文采用有机桥联硅烷化合物作为硅烷化试剂,将TS-1纳米沸石晶种或者晶体组装聚集成大的沸石聚集体.TEM和SEM结果表明,桥联有机硅烷在沸石晶体的聚集和后续的晶体生长中起到了非常有效的作用,成功地将100 nm左右的纳米沸石晶种或晶体桥联/组装成宏观大尺寸(5–40μm)的沸石聚集体.这些TS-1聚集体具有较好的机械强度,即使连续超声1 h也不会毁坏其结构,表明所得到的沸石材料可以在制备上解决分离困难并且在催化应用上容易回收.XRD,BET以及UV-Vis分析结果表明,引入在TS-1沸石晶种或者晶体溶液中有机硅烷试剂不会影响沸石的晶体结构、微孔体积以及Ti的配位状态.将H_2O_2作为氧化剂评价TS-1沸石聚集体和传统的纳米TS-1在烯烃环氧化反应中的催化性能,结果表明,硅烷化步骤对小分子己烯氧化的活性和选择性的影响不大,在环己烯大分子的氧化反应里表现出了较高的活性和选择性.     

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.     

无机钛硅原料合成TS-1对环己酮氨氧化的催化性能

考察了无机钛硅原料TS-1合成过程中晶种、促进剂、动静态及样品预处理对催化环已酮氨氧化反应性能的影响．结果表明：合成条件对TS-1样品晶粒尺寸影响较大；样品晶粒尺寸较大而引起的晶内扩散限制是无机钛硅原料TS-1催化性能降低的最主要的原因；样品预处理可以较大幅度地提高环己酮的转化率及肟的收率．在动态加晶种条件下合成的TS-1晶粒较小，经预处理后环己酮的转化率可达97％以上，肟的收率94％以上．     

硅胶微球负载钛硅分子筛TS-1催化剂的制备及对苯氧化合成苯酚的催化性能

将硅胶微球浸渍于钛硅分子筛（TS-1）合成液中,经晶化、焙烧制得负载TS-1分子筛硅胶微球催化剂。 用XRD、IR和SEM测试技术对其进行表征,将其用于过氧化氢氧化苯合成苯酚的反应中。 结果显示,TS-1分子筛能够很好地负载于硅胶表面,晶化温度160 ℃,晶化时间72 h,焙烧温度550 ℃,焙烧时间6 h时,获得的催化剂显示良好的催化性能。 在苯和H2O2初始原料量分别为0.5和0.1 mol、催化剂加入量为8 g、反应温度为60 ℃条件下,经过3 h的反应,苯的转化率达到10.32%,苯酚选择性达到97.12%。 9次重复使用后的苯转化率为9.42%,苯酚选择性为93.14%。     

SAPO-5分子筛的可控合成及晶化过程探索

在非醋酸体系下分别通过动态和静态水热晶化方法合成了SAPO-5分子筛, 并考察了转速、 晶化时间及凝胶体系水硅比对SAPO-5分子筛晶相及形貌的影响, 采用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)技术研究了静态、 动态水热条件下SAPO-5分子筛的晶化过程. 结果表明, 静态水热条件下晶化6 h得到的SAPO-5分子筛为球状、 六边形柱状聚集晶体; 而在20 r/min转速下晶化2和6 h得到的SAPO-5分子筛分别为分散的凹面柱状晶体(凹面直径约6~8 μm)及均一分散的球状晶体(直径为16 μm); 在60 r/min转速下晶化3 h即可得到高度分散的六边形柱状晶体(六边形直径约5~8 μm); 提高转速至100和140 r/min时仅需晶化1 h即可得到六边形柱状晶体. 通过考察体系水硅比(H₂O/Si摩尔比)的影响, 确定最佳的水硅比为70, 此条件下所得晶相为纯相且分子筛的分散度最好. 综上可知, 相较于静态晶化, 动态晶化不仅从形貌上改善了晶体的分散度, 通过缩短晶化时间、 降低晶化转速也提高了SAPO-5分子筛的晶化效率. 本文采用较小的水硅比(H₂O/Si摩尔比为70)、 较低的模板剂用量在非醋酸体系下合成了SAPO-5分子筛, 为SAPO-5分子筛的合成提供了一条更简单、 经济的路线.     

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.     

TS-1分子筛晶化过程的研究

采用ICP-AES,TEM,XRD,FT-IR和FT-Raman等技术研究了TS-1分子筛的晶化过程.结果表明,TS-1分子筛的晶化过程从无定形SiO2颗粒开始生长,以SiO2颗粒的外表面为晶核不断发展,晶化过程的第一小时内主要以无定形的SiO2-TiO2共凝胶颗粒存在,1 h后开始迅速形成TS-1晶粒,TS-1晶粒的生成与无定形SiO2的消失同时发生,8 h后基本上完成TS-1分子筛的成长,结晶度达到95%,形成完善的MFI拓扑学结构;晶化过程初期基本上未见到锐钛矿TiO2生成.随着晶化时间的推移,少量锐钛矿TiO2开始出现.样品的总钛含量在8 h附近达到最大值,Ti4+基本上进入分子筛骨架.值得一提的是,在晶化过程的第一小时内,MFI拓扑学结构尚未充分形成(红外光谱中无1 226和550 cm-1特征吸收峰),但在960 cm-1处发现较弱的红外特征吸收峰,说明960 cm-1谱峰不是TS-1分子筛所特有,它可能属于TS-1分子筛的Si-O-Ti键,也可能属于SiO2-TiO2共凝胶中的Si-O-Ti键.     

合成条件对TS-1结构及其催化氯丙烯环氧化的影响

采用水热法合成了TS-1分子筛，根据XRD、FT-IR、FT-Raman和UV-Vis的表征结果计算了TS-1的相对结晶度和骨架钛相对含量，并以氯丙烯环氧化反应为探针反应，研究了合成条件对TS-1的结构和催化性能的影响，结果表明，TS-1的结晶度随合成液中Si／Ti比和TPAOH／Si比的增大呈先增大后减小的趋势，TS-1的骨架钛相对含量也随合成液中钛含量的减少呈先增大后减小的趋势，随TPAOH含量的增加TS-1的骨架钛相对含量和非骨架钛含量一直增加，且非骨架钛的类型有所改变．具有较高结晶度和骨架钛含量及较低非骨架钛含量的TS-1的催化性能较好．较好的氯丙烯的转化率和环氧氯丙烷的选择性分别为92．1％和87．5％．     

无机原料体系合成TS-1影响因素的研究

以廉价的硅溶胶和三氯化钛分别作为硅源和钛源,四丙基溴化铵(TPABr)为模板剂,二乙胺、正丁胺、氨水等作为碱源,在无机体系中合成了TS-1分子筛。采用XRD,IR,UV-vis,SEM,元素分析和N2吸附/脱附等对合成的分子筛进行了表征。详细考察了碱源、硅钛比N2保护、晶种、模板剂用量、硅源及晶化时间等因素对分子筛合成的影响。结果表明,以无机原料合成的TS-1与用传统有机原料合成的TS-1具有同样的特征。碱度的控制是合成的关键,配胶时需N2保护,加入晶种对合成有明显的导向作用,模板剂最低用量有一临界值,硅溶胶作硅源合成的TS-1晶粒比较大。     

TS-1/H2O2催化模拟汽油中噻吩的选择氧化研究

随着环境法规的日益严格,世界各国对于燃料中硫质量分数做了新的规定,要求车用燃料的硫控制在10×10-6~50×10-6,燃料电池硫的质量分数控制为(1×10-6。要达到这样高的脱硫深度,传统的脱硫方法面临着极大的挑战[1]。因此,其他非HDS脱硫方法受到研究者关注,其中氧化萃取深度脱硫     

钛硅分子筛催化1-丁烯环氧化反应溶剂效应和酸碱效应研究

研究了用双氧水为氧化剂，钛硅分子筛TS-1催化1-丁烯环氧化反应的溶剂效应．研究发现，在质子性溶剂中1-丁烯环氧化反应活性高于非质子性溶剂，而以甲醇为溶剂H2O2转化率最高．分别利用碱性添加物稀氨水溶液和酸性添加物稀盐酸溶液调变反应介质的pH值，考察了介质的pH值对1-丁烯环氧化反应的影响，结果表明，随pH值提高，1，2-环氧丁烷(B0)的选择性略提高，但是过量稀氨水的加入会导致催化剂失活，双氧水的转化率及利用率明显下降．与钛硅分子筛催化丙烯环氧化相比，酸性添加物的加入对反应结果的影响不大，随反应介质的pH值降低1，2-环氧丁烷的选择性没有明显下降．     

TPAOH改性的微米TS-1表征及其催化性能

采用四丙基氢氧化铵(TPAOH)溶液对微米TS-1进行改性,考察了TPAOH的浓度、处理温度及处理时间等条件对TS-1催化性能的影响.对改性前后的微米TS-1进行了XRD、FT-IR、UV-Vis、SEM、TEM及N2物理吸附等表征,以苯酚羟基化及丁酮氨氧化反应为探针评价了其催化性能.结果表明,改性后的TS-1基本结构没有明显的变化,但在内部出现蚀刻现象.TPAOH改性后的TS-1在苯酚羟基化及丁酮氨氧化反应中的催化性能明显提高.最佳改性条件为,TPAOH溶液浓度0.15 mol/L,改性温度170℃,改性时间48 h.     

气固相反应温度对Ti-ZSM-5物化性能的影响

1983年美国专利US4，410，501报道了钛硅沸石的合成，其独特的催化氧化性能引起了人们极大的关注。但因模板剂四丙基氢氧化铵价格昂贵，而且水热合成条件苛刻，重复性差，限制了其工业应用．因此，人们陆续开发了许多廉价的合成钛硅沸石类催化剂的方法．但是，廉价体系得到的TS-1的催化性能普遍逊色于经典法得到的样品．气固相法是另一种制备钛硅沸石的方法，     

Au/TS-1选择性催化氧化NO性能研究

制备了负载型Au/TS-1催化剂,采用XRD、SEM、TEM等方法进行了表征,并将其应用于选择性催化氧化NO反应,考察了各工艺条件对NO催化氧化效率的影响。结果表明,Au/TS-1催化剂具有良好的结晶度,Au粒子成功地负载在TS-1上。该催化剂在选择性催化氧化NO反应中具有优异的低温催化氧化活性,在NO体积分数为1×10-3,O2含量为10%,空速为5 000 h-1,Au的负载量为1.0%,180℃时,NO的氧化率高于55%(此时最适宜吸收处理);260℃时,氧化率可达到78%。     

多级孔NiMo负载TS-1分子筛催化剂的制备及其加氢脱硫性能

钛硅(TS-1)分子筛的微孔孔道严重限制了其在复杂分子催化转化中的应用,为了克服这一问题,通过酸洗脱、碱刻蚀及二者相结合的方法制备了多级孔TS-1分子筛,并采用等体积共浸渍法制备了相应的NiMo负载型催化剂;使用X射线衍射(XRD)、N₂吸附-脱附、吡啶吸附红外光谱(Py-FTIR)、氢气程序升温还原(H₂-TPR)、X射线光电子能谱(XPS)和高分辨透射电子显微镜(HR-TEM)等方法对多级孔TS-1分子筛的理化性质进行了表征;以二苯并噻吩(DBT)为探针对催化剂的加氢脱硫(HDS)性能进行了评价。结果表明,和常规TS-1分子筛相比,多级孔TS-1分子筛保持了MFI拓扑结构,比表面积增大且具有介孔结构,分子筛表面形成了适量的Brønsted酸中心;相应催化剂上活性金属与载体间相互作用得以改善,MoS₂片晶长度和堆垛层数适宜,形成了更多的NiMoS活性相;催化剂活性和选择性均有所提升,尤其是酸洗脱获得的NiMo/AT-TS-1催化剂的活性相较未经处理的NiMo/TS-1催化剂提升了1.2倍,直接脱硫(DDS)路径选择性提升了22%。     

多级孔NiMo负载TS-1分子筛催化剂的制备及其加氢脱硫性能

钛硅(TS-1)分子筛的微孔孔道严重限制了其在复杂分子催化转化中的应用,为了克服这一问题,通过酸洗脱、碱刻蚀及二者相结合的方法制备了多级孔 TS-1 分子筛,并采用等体积共浸渍法制备了相应的 NiMo 负载型催化剂;使用 X 射线衍射(XRD)、N₂吸附-脱附、吡啶吸附红外光谱(Py-FTIR)、氢气程序升温还原(H₂-TPR)、X射线光电子能谱(XPS)和高分辨透射电子显微镜(HR-TEM)等方法对多级孔TS-1分子筛的理化性质进行了表征;以二苯并噻吩(DBT)为探针对催化剂的加氢脱硫(HDS)性能进行了评价。结果表明,和常规TS-1分子筛相比,多级孔TS-1分子筛保持了MFI拓扑结构,比表面积增大且具有介孔结构,分子筛表面形成了适量的Brønsted酸中心;相应催化剂上活性金属与载体间相互作用得以改善,MoS₂片晶长度和堆垛层数适宜,形成了更多的 NiMoS活性相;催化剂活性和选择性均有所提升,尤其是酸洗脱获得的 NiMo/AT-TS-1催化剂的活性相较未经处理的NiMo/TS-1催化剂提升了1.2倍,直接脱硫(DDS)路径选择性提升了22%。