镧改性提高ZSM-5分子筛水热稳定性

基于12T 团簇模型, 利用密度泛函理论(DFT)研究了ZSM-5 分子筛的水解脱铝机理以及镧改性提高ZSM-5分子筛水热稳定性的机理. 对未改性分子筛水解脱铝机理的研究表明, 首先是第一个水分子吸附在分子筛表面的酸性位上, 对分子筛的Al—O键起弱化作用, 使Al—O键伸长; 接着第二个水分子吸附到分子筛表面,分别与第一个水分子和分子筛骨架形成氢键, 进一步弱化与其最邻近的Al—O键, 并引致该键断裂. 同样, 其它的三个Al—O键也被削弱并逐一断裂, 从而发生分子筛水解脱铝现象. 引入的镧物种与分子筛骨架的四个O原子成键, 将铝包埋, 增加了分子筛孔壁厚度, 增大了水分子攻击铝的空间位阻, 抑制了水分子对Al—O键的弱化, 从而延缓Al—O键的断裂, 提高分子筛的水热稳定性. 计算的水分子吸附能和水解能进一步证实镧的引入提高了ZSM-5分子筛的水热稳定性.     

ZSM-5分子筛催化1-己烯生成cis-2-己烯的理论研究

基于54T团簇模型, 采用ONIOM分层计算方法, 研究了1-己烯在ZSM-5分子筛上进行顺式双键异构的反应机理. 计算结果表明, 1-己烯的顺式双键异构反应通过只有分子筛Brønsted酸部分起作用的机理进行. 首先, 1-己烯与分子筛的Brønsted酸性位形成π配位复合物. 接着, 酸质子发生迁移使1-己烯的双键端基碳原子被质子化, 同时双键的另一碳原子与失去质子的Brønsted酸羟基的氧原子成键, 形成稳定的烷氧基中间体. 然后, 烷氧基中间体中的C―O共价键被打断, 同时Brønsted酸羟基的氧原子从C₆H₁₃基团提取一个氢原子还原分子筛的酸性位, 并且生成cis-2-己烯. 这一反应路径与借助于分子筛活性位的酸-碱双功能性质的反应路径是相互竞争的. 计算得到的表观活化能是59.37 kJ·mol^-1, 该值与实验值非常接近. 这一结果合理解释了双键异构过程中的能量特征, 并且扩展了对分子筛活性位本质的理解.