铵盐对TS-1分子筛合成过程中钛物种分布的影响

以(NH)4SO4作为晶化调节剂,通过调节铵盐添加量,合成出了不同钛物种分布的TS-1-X系列分子筛(X为铵盐与SiO2的物质的量比).通过ICP-AES、FT-IR、UV-vis、UV-Raman等表征对TS-1-X系列分子筛中钛物种分布进行了系统的研究.以1-己烯环氧化为探针反应,考查了TS-1-X分子筛的催化性能...     

氨基酸辅助合成高活性六配位钛物种的TS-1分子筛

TS-1分子筛是以TO4(T=Si,Ti)四面体为基本单元,通过氧桥连接而形成的具有MFI拓扑结构的微孔晶体材料,其在催化烯烃环氧化、酮类氨肟化、氧化脱硫及芳香烃羟基化等氧化反应中表现出较好的催化活性.目前,提高TS-1分子筛催化性能的方法主要包括:(1)制备纳米和多级孔TS-1分子筛,以提高其扩散传质性能;(2)提高TS-1分子筛的钛含量并抑制锐钛矿相的产生,以增加其催化活性位点.最新研究表明,相比于传统四配位钛物种(TiO4)作为催化活性中心,六配位(TiO6)钛物种在烯烃环氧化反应中具有更高的催化活性,可进一步降低反应活化能,最终实现高效催化转化.然而,TiO6物种结构中的Ti-OH组分,易导致开环反应发生,从而降低环氧化产物的选择性.因此,构筑高活性TiO6物种及调变TiO4/TiO6比例,对提高烯烃转化率及环氧产物选择性具有重要意义.当前,高活性钛物种的结构表征及其构筑已成为研究热点且仍面临挑战.本文协同采用氨基酸辅助合成策略和两步晶化方法,成功地制备出具有TiO4和TiO6物种且无锐钛矿相的多级孔TS-1分子筛.在该协同策略中,两步晶化过程有利于抑制锐钛矿相的形成,而氨基酸的引入对高活性TiO6物种的构筑具有重要作用.氨基酸分子可与钛原料形成螯合物,为TS-1分子筛晶化提供"养料",并有效平衡晶体成核与生长速率及稳定TiO6物种,最终实现制备富含TiO6物种的多级孔TS-1分子筛.相比于传统TiO4物种作为催化活性中心(1-己烯的转化率<25％,环氧化产物选择性>95％),本文所制备的TS-1分子筛(Si/Ti=36.9)因其兼具TiO4和TiO6物种,在1-己烯环氧化反应中表现出更好的催化性能(1-己烯的转化率33％,环氧化产物选择性95％).这是由于TiO4物种不会导致开环反应的发生,因此可以保证较高的环氧产物选择性,而TiO6物种经H2O2活化后,可形成具有更高活性及更小位阻效应的催化中心,极大提高了1-己烯转化率.综上,本文合成策略为构筑具有高活性钛物种及多级孔结构的钛硅分子筛提供了指导作用,为调控硅铝酸盐及硅取代磷酸铝分子筛材料活性位点的含量和分布提供了新思路.     

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.     

CoAPO-11分子筛的合成、表征和催化性能： 1-己烯异构化反应

水热法合成了钴取代磷铝酸盐分子筛CoAPO-11，并采用了X射线衍射、扫描电子显微镜、红外光谱、紫外可见光谱以及氮气吸脱附等表征手段对合成的样品进行表征，并在合成的分子筛上进行1-己烯异构化反应评价，并考查了温度和空速对反应的影响。结果表明，在反应温度300℃及空速为2.4h－1CoAPO-11分子筛对1-己烯异构化反应具有较好的催化性能。     

研究性综合化学实验：纳米级TS-1分子筛的合成、表征与催化性能的研究

介绍一个研究性综合化学实验--水热法合成纳米级TS-1分子筛及其表征与催化性能研究。实验通过传统的水热合成方法,制备了具有MFI拓扑结构的TS-1型分子筛。产物的结构通过X射线粉末衍射仪（XRD）、紫外-可见光谱仪（UV-Vis）进行了表征;产物的孔道性质通过N2吸附-脱附仪进行了表征,其形貌由透射电子显微镜（TEM）进行了表征。将所制备的钛硅分子筛材料用于二苯并噻吩的氧化脱硫反应的测试,表征了其催化活性。     

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.     

钴分子筛催化剂的制备及其分子筛载体对环己烷氧化选择性的影响

为了考察催化剂载体的孔道结构和择形性能对环己烷部分氧化反应的影响,采用直接水热法制备出了Co/S-1,Co/TS-1以及Co/MCM-41分子筛催化剂.XRD,FT-IR和SEM结果表明合成的样品具有较高的结晶度,晶粒大小均匀,其活性组分钴进入了分子筛骨架.采用氧气为氧化剂,考察了合成的钴催化剂样品对环己烷部分氧化的催化性能,并与CoAPO-5、Co/A l2O3、均相Co(OAc)2.4H2O催化剂以及无催化氧化的结果进行了比较.实验结果表明:分子筛载体能利用其孔道结构和择形性能,降低环己醇(酮)选择性对环己烷转化率的依赖性,且反应的选择性随分子筛载体孔径的增加而下降.孔道较小的Co/TS-1和Co/S-1做催化剂时,过氧化物含量低,环己烷转化率可达5%以上,同时反应总选择性为95%左右.     

以阳离子聚合物为介孔模板合成多级孔 TS-1

分别以阳离子聚季铵盐-7和聚季铵盐-6为介孔模板,通过水热法合成了多级孔TS-1沸石,采用X射线衍射、紫外可见光谱、扫描电镜、透射电镜及N2吸附-脱附等手段对所得样品进行了表征,并考察了其催化苯并噻吩及噻吩氧化反应性能.结果表明,聚季铵盐-7的加入对多级孔TS-1的晶化、钛物种的配位状态及晶粒形貌的影响不大;而随着聚季...     

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。     

失活TS-1高效催化环己烯水合生成环己醇的研究

环己醇是一种重要的化工中间原料,目前工业上主要是以ZSM-5分子筛作为催化剂,通过环己烯水合反应一步法制备.钛硅分子筛TS-1是工业环己酮液相氨肟化过程中的高效催化剂,其失活后显示出典型Br?nsted酸性质,基于此,本工作发展了失活TS-1作为催化剂催化环己烯水合反应的方法,详细考察了反应时间、反应温度、催化剂含量及环己烯和水的质量比等参数对反应的影响.研究表明,失活TS-1是高效催化剂,在优化的反应条件下可得到11.0%的环己醇收率和99.8%的环己醇选择性,显示出高活性、高选择性和高稳定性的特点.通过酸洗改性与K⁺交换实验以及结合UV-Vis(固体紫外漫反射可见光谱)、FT-IR(傅里叶变换红外光谱)、²⁹Si MAS NMR(固体魔角硅核磁)和NH₃-TPD(氨气程序升温-脱附)等表征技术,进一步研究发现,失活TS-1中含有两种Br?nsted酸中心,而催化环己烯水合反应的高效活性中心为与钛羟基相邻的硅羟基(Si-OH(Ti)).该Br?nsted酸中心的结构完全不同于ZSM-5分子筛中的骨架桥式Br?nsted...     

CATALYTIC PROPERTIES OF POLYMER-STABILIZED COLLOIDAL METAL NANOPARTICLES SYNTHESIZED BY MICROWAVE IRRADIATION

Catalytic properties of polymer-stabilized colloidal metal nanoparticles synthesized by microwave irradiation were studied in the selective hydrogenation of unsaturated aldehydes, o-chloronitrobenzene and the hydrogenation of alkenes. The results show that nanosized metal particles synthesized by microwave irradiation have similar catalytic performance in selective hydrogenation of unsaturated aldehydes, better selectivity to o-chloroaniline in hydrogenation of o-chloronitrobenzene and higher catalytic activities in hydrogenation of alkenes, compared with metal clusters prepared by conventional heating. The same apparent activation energy (Ea = 29 kJ mol^-1) for hydrogenation of 1-heptene catalyzed with platinum nanoparticles prepared by both heating modes implied that the reaction followed the same mechanism.     

微波法合成氟改性TS-1及其催化环己酮氨肟化性能

通过微波辅助法制备了含氟的TS-1（F-TS-1-M）,并与传统方法制备的氟改性TS-1（F-TS-1-T）,微波处理的TS-1（TS-1-M）和未改性TS-1进行比较.XRD、DR UV-Vis、XPS表明F-TS-1-M和TS-1-M分子筛上的部分非骨架钛转变为骨架钛,这是由于微波的选择性效应可以不同程度地活化Ti—O和Si—O键;¹⁹F MAS NMR证实了F-TS-1-M分子筛中氟元素是以Si-F和SiF₆^2-的形式存在;²⁹Si MAS NMR表明F-TS-1-M分子筛的骨架缺陷位和表面羟基减少,Py-FT-IR结果表明F-TS-1-M的Lewis酸性和疏水性高于F-TS-1-T、TS-1-M和TS-1.在环己酮氨肟化的反应中表现出优异的催化性能.     

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%。     

Extensions in the synthesis and catalytic application of titanium silicalite-1

Titanium silicalite-1 (TS-1) was prepared by microwave heating of a SiO₂–TiO₂ xerogel, which was dry-impregnated with tetrapropylammonium hydroxide (TPAOH). Highly crystalline product was obtained, with the yields higher than 90%, within 30 min after microwave irradiation. These are significant advantages over the conventional oven heating using alkoxide precursors in liquid phase, which requires 1-2 day crystallization time with low product yields. Sub-micron sized SiO₂–TiO₂ prepared by thermal plasma process and Ti-containing mesoporous silica, Ti-HMS, were also tested as the solid phase precursor for TS-1. These were found inferior as precursor due to difficulties in uniformly wetting the surface with TPAOH. It was possible to prepare TS-1 using diethoxysiloxane-ethyltitanate (DESET, 93.75 mol Si:6.25 mol Ti) as a single mixed alkoxide precursor, but titanium species in the sample were highly unstable and large fraction of them came out from the framework to form TiO₂ clusters upon calcination. In addition, TS-1 monolith was prepared utilizing polyurethane foam as an infiltration medium of the synthesis gel. The prepared TS-1 monolith exhibited properties similar to those of TS-1 powders, but the elementary unit of the former was made of 1–2 micron-sized hexagonal shaped crystals, causing diffusion problems. Catalytic activities of all the prepared catalysts were evaluated using 1-hexene epoxidation as a probe reaction, and 2,5-dihydrofuran epoxidation was also examined using TS-1 as an alternative process to make 3,4-epoxytetrahydrofuran.     

干胶法制备钛硅沸石及其催化性能

以四丙基溴化铵为模板剂,以乙二胺(EDA)为碱源,采用干胶法制备了TS-1,并在此基础上引入介孔/大孔模板剂蔗糖而制备出多级孔道TS-1.采用X射线衍射、紫外-可见光谱及N2物理吸附-脱附等手段对所得样品进行了表征,并考察了它们催化噻吩(Th)及苯并噻吩(BT)氧化反应的性能.结果表明,随着釜底部n(EDA)/n(H2O)比的降低,TS-1结晶度、骨架Ti含量及其在Th氧化反应中的催化活性均升高.而当以乙胺和正丁胺为碱源时,TS-1难以晶化.所制备的多级孔道TS-1样品具有介孔/大孔孔道,在Th氧化反应中的催化活性高于TS-1;对于BT的氧化,当n(sucrose)/n(SiO2)为0.35时,制备的多级孔道TS-1样品的催化活性最高,BT脱除率可达100%,而TS-1则无催化活性.     

Synthesis of titanium silicalite-1 (TS-1) zeolite with high content of Ti by a dry gel conversion method using amorphous TiO2–SiO2 composite with highly dispersed Ti species

In this study, we have developed a new method to synthesize mesoporous titanium silicalite-1 (TS-1) with a higher content of active titanium in the framework (more than 5%) than that obtained from the conventional hydrothermal synthesis. The new method combines two methods as follows: (1) a sol-gel method in tetrahydrofuran for the synthesis of TiO₂–SiO₂ composite with highly dispersed Ti species and (2) a dry gel conversion method for the crystallization to TS-1. This investigation revealed that the dispersion of Ti in the starting materials was quite important to synthesize mesoporous TS-1 with high content of Ti besides dry conversion method. The obtained mesoporous TS-1 with a high content of titanium showed higher catalytic activity in 1-hexene epoxidation than conventional TS-1. This high activity is likely to originate from the high content of titanium in the framework.     

Ti-MWW/H2O2体系催化官能化烯烃环氧化

研究了Ti-MWW/H2O2催化体系对多种官能化烯烃液相环氧化的催化性能.结果表明,与钛硅分子筛TS-1相比,Ti-MWW具有更高的催化活性和环氧化产物选择性.溶剂对Ti-MWW催化环氧化反应的活性影响较大,其中水是催化丙烯酸乙酯和乙酸烯丙酯的最佳溶剂,随着C=C双键相邻官能团吸电子能力的增强,环氧化反应的催化活性下降.     

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%。     

Synthesis of Pt-SnOx/TS-1@SBA-16 Composites and Their High Catalytic Performance for Propane Dehydrogenation

A novel composite material of TS-1@SBA-16 was synthesized by enwrapping TS-1 zeolite crystals with mesoporous SBA-16 silica. This composite was used as catalyst support for loading Pt-SnOx in the propane dehydr genation(PDH) reaction. Catalysts were characterized by means ofN2 adsorption-desorption, XRD, SEM, TEM, XPS, UV-Vis, and Raman spectroscopy. The effect of different contents of TS-1 on PDH was investigated, and the optimal amount of TS-1 was determined to be 10%. The catalyst with TS-1 content of 10% showed the highest PDH activity and the initial conversion of propane over it can achieve 54.5%, higher than those over TS-1 or SB A-16-supported ones. The superior catalytic performance of Pt-SnOx/TS-1 @SBA-16 is related to the synergistic effect of the excellent mass transfer performance through the hierarchical porous structure, suitable acid acidity and electronic effect of Ti species.