生物模板法制备SAPO-34分子筛及其对CO2/CH4吸附分离性能的研究

采用生物质模板（茶花粉）掺杂制备SAPO-34分子筛,研究了SAPO-34分子筛对CO₂和CH₄的静态吸附性能,同时考察了水热晶化时间、硅铝摩尔比（SiO₂/Al₂O₃摩尔比）和有机模板剂对茶花粉掺杂合成SAPO-34分子筛的影响。结果表明,茶花粉的加入可以制备性能良好的SAPO-34分子筛并降低其尺寸在1～2μm之间;晶化时间（24～36 h）的延长有利于分子筛结晶;当硅铝比为0.6、有机模板剂摩尔比为2时,SAPO-34分子筛的晶化效果最佳。茶花粉清液合成的SAPO-34分子筛在静态吸附实验压力为100 kPa时,CO₂和CH₄的总吸附量分别为2.92 mmol/g和0.58 mmol/g, CO₂/CH₄的理想分离系数为5.05。     

预成型高岭土干胶转化合成NaY型分子筛

通过干胶转化法制备了整体式NaY分子筛,采用XRD、SEM及XRF分析表征原料及产物,系统考察了合成体系的n（SiO₂）/n（Al₂O₃）、n（Na₂O）/n（SiO₂）、水量、晶化温度和晶化时间对整体式NaY分子筛制备的影响。结果表明,合成体系n（SiO₂）/n（Al₂O₃）=7.5时,骨架硅铝比（二氧化硅与氧化铝物质的量比）最大为6.12;n（Na₂O）/n（SiO₂）逐渐增大,整体式NaY分子筛结晶度逐渐升高,当n（Na₂O）/n（SiO₂）增至0.35时,会导致P型分子筛的生成;晶化温度从90 ℃逐渐增至120 ℃时,整体式NaY分子筛结晶度也随之升高;在110 ℃下晶化20 h,产物的结晶度达到98%并趋于稳定。干胶转化制备整体式NaY分子筛必须有水的参与,n（H₂O）/n（SiO₂）为4.2左右对反应物的成型及整体式NaY分子筛的晶化较为适宜。     

伊利石合成磷酸硅铝分子筛及其表征

采用碱熔活化方法对伊利石进行活化,系统地考察了煅烧温度、煅烧时间、矿物粒度、矿碱质量比等条件对伊利石活化的影响;以活化伊利石为主要硅、铝源,采用水热法合成磷酸硅铝分子筛（SAPO-11）,系统地考察模板剂种类、模板剂用量、投料硅铝物质的量比、晶化温度等合成条件对产物结构和性质的影响。利用X射线衍射（XRD）、N₂吸附-脱附、扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）等分析手段对活化产物和合成的分子筛进行了分析表征,结果表明,伊利石的最佳碱熔活化条件为煅烧温度为800 ℃、煅烧时间为90 min、伊利石矿粒径为75 μm、矿碱质量比为1∶0.8,经活化后伊利石的晶型结构基本完全被破坏,活化产物主要是高活性的低聚合态硅铝酸盐,化学反应活性较高;在原料配比为n（三氧化二铝）∶n（五氧化二磷）∶n（模板剂）∶n（二氧化硅）∶n（水）=1∶1∶1∶0.5∶50、水热晶化温度为190 ℃、晶化时间为24 h时成功合成结晶度较高的纯相SAPO-11分子筛,合成的SAPO-11分子筛具有较大的比表面积,样品主要由粒径为1~3 μm的椭球状颗粒组成,该合成方法丰富了磷酸硅铝（SAPO）分子筛的原料来源,拓展了中国伊利石的高附加值利用途径。     

硅改性拟薄水铝石合成SAPO-34分子筛的研究

SAPO-34分子筛常用于甲醇制烯烃（MTO）反应中。以硅酸钠、硝酸铝和氨水为原料采用碱滴酸加料方式制备一种硅改性拟薄水铝石,再以硅改性拟薄水铝石为硅源和铝源、磷酸（H₃PO₄）为磷源、四乙基氢氧化铵（TEAOH）为模板剂采用水热合成法制备SAPO-34分子筛。采用XRD、SEM、FT-IR、NH₃-TPD等表征手段对合成的硅改性拟薄水铝石及SAPO-34分子筛进行表征并对其MTO催化性能进行评价。结果表明,在硅铝物质的量比为0.08~0.5时,硅的引入对合成纯相拟薄水铝石无影响,但硅的引入量对拟薄水铝石的结晶度及形貌有一定影响;在硅铝物质的量比为0.2~0.5时,以硅改性拟薄水铝石为硅源和铝源可以合成纯相SAPO-34分子筛,MTO催化反应甲醇转化率可达99%以上,双烯选择性最高达87%以上,并拥有较高的乙烯选择性。     

La2O3协同增强SAPO-34的二甲醚制烯烃催化性能

La₂O₃不需要与SAPO-34接触,便可显著延长SAPO-34的二甲醚制烯烃（DTO）反应寿命,并且La₂O₃与SAPO-34比例越大,SAPO-34的反应寿命越长。当La₂O₃和SAPO-34的质量比为1：1时,SAPO-34寿命提高了约1倍。进一步的研究表明,只有当La₂O₃层夹在SAPO-34层中间时,才能提高SAPO-34的寿命,La₂O₃无论是处于SAPO-34上游还是下游,均不能提高SAPO-34的寿命。动力学和催化剂的积炭量研究表明,La₂O₃是通过降低SAPO-34的积炭速度提高其反应寿命的。初步提出了La₂O₃提高SAPO-34寿命的机理：在DTO反应过程中,二甲醚在SAPO-34分子筛上形成一种积炭前体,这种积炭前体转移到La₂O₃的表面上,反应生成不能积炭的化合物（CO、CO₂和H₂等）,从而降低了SAPO-34的积炭失活速度,提高了其寿命。     

用于催化甲醇制烯烃的SAPO-34分子筛合成的研究进展

介绍了用于催化甲醇制烯烃的SAPO-34分子筛合成的研究近况。SAPO-34分子筛的合成过程是影响其晶粒尺寸、酸性强弱等物化性能的重要因素, 因而是影响其催化性能的关键因素。本文详细叙述了原料配比及其种类、模板剂、F^-等合成因素对SAPO-34分子筛物化性能及其MTO反应催化性能的影响。针对SAPO-34合成及其催化性能优化的新技术, 综述了SAPO-34分子筛的金属改性及其超声波、微波辅助合成的特点和效果, 指出通过研发新的模板剂及其助剂、改性或制备新工艺进而改善分子筛的酸性、提高其烯烃选择性、延长催化反应寿命、降低合成成本是SAPO-34今后研发的重要方向。     

多级孔纳米SAPO-34分子筛制备及甲醇制烯烃性能研究

为缩短SAPO-34分子筛的高温晶化时间，提高其在甲醇制烯烃（MTO）反应中的寿命和选择性，以三乙胺和四乙基氢氧化铵作为双模板剂，采用分步晶化法快速制备了粒径为300～500 nm的纳米SAPO-34分子筛，同时添加表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）进一步对分子筛进行改性，得到多级孔纳米SAPO-34分子筛（C-ST1T2）。对制备的所有样品进行理化性质表征，并应用于甲醇制烯烃的催化反应，考察了其在一定条件下的催化性能。表征结果显示，分步晶化法可以有效缩短分子筛的晶化时间，并且得到纳米级SAPO-34分子筛。用CTAB改性后得到的多级孔纳米SAPO-34分子筛晶型完整，具有多级孔道结构和适中的酸强度。催化性能测试表明，CST1T2的甲醇转化率能够达到100%，并且催化寿命可以达到690 min，较单模板剂合成的分子筛有较大提升，同时低碳烯烃的选择性稳定在89%以上。研究结果表明，利用CTAB对纳米分子筛的多级孔改性，有利于分子筛的MTO反应性能进一步提升。     

合成次数及硅铝比调控SAPO-34分子筛膜的乙醇脱水性能

SAPO-34分子筛膜因其独特的孔道结构和优异的稳定性被广大学者所青睐,目前的研究大多集中在催化、吸附和气体分离等方面,而关于其在液体分离中的研究鲜少报道。本文在Al₂O₃中空纤维支撑体表面分别一次和二次合成制备了SAPO-34分子筛膜,考察了四种不同硅铝比对SAPO-34分子筛膜结构形貌和性能的影响,并用于乙醇溶液的渗透汽化脱水,考察了操作温度、原料液中乙醇浓度以及分子筛合成次数对分离效果的影响。研究结果表明,硅铝比为0.5的二次合成的SAPO-34分子筛膜具有连续而致密的分离层和良好的渗透汽化分离性能,60℃下对乙醇（90%）-水（10%）的分离因子可以达到1170,渗透通量为0.9 kg/(m²·h)。     

硅溶胶粒径大小对SAPO-34合成及甲醇制烯烃催化性能的影响

在合成SAPO-34的过程中加入不同粒径的硅溶胶来考察其对分子筛酸性和甲醇制烯烃（MTO）性能的影响。采用XRD、SEM、FTIR、NH₃-TPD和²⁹Si MAS NMR等表征手段对合成的分子筛进行表征,并通过固定床反应器对制备的SAPO-34分子筛进行MTO催化性能评价。实验结果表明,不同粒径的硅溶胶对合成的分子筛酸性有很大影响,通过NH₃-TPD表征结果可以看出,随着硅溶胶粒径的增大,分子筛的强酸量、弱酸量均降低。由分子筛的NMR表征结果发现,大颗粒硅溶胶合成的SAPO-34分子筛中存在硅岛。从MTO性能评价结果可以发现,适宜的硅溶胶粒径更有利于提高催化剂的双烯选择性和催化寿命。     

二乙胺导向合成中空纤维负载型SAPO-34分子筛膜

采用价格低廉的二乙胺为模板剂，通过球磨晶种诱导二次生长法制备中空纤维负载型SAPO-34分子筛膜用于CO₂/CH₄气体分离。系统考察了诱导晶种大小、膜合成液中二乙胺含量、铝源含量与晶化时间对膜结构形貌以及分离性能的影响。结果表明：相比于原始晶种，球磨晶种诱导制备SAPO-34分子筛膜层更加致密。随着膜合成液中二乙胺含量增加，膜表面分子筛晶体逐渐由SAPO-11向SAPO-34转变，当二乙胺含量过高时，载体表面未形成SAPO-34膜。当合成液中铝源含量较低时，分子筛膜晶化不够完全，当铝源含量过高时，膜表面晶体粒径逐渐减小甚至难以成核，膜层厚度减薄，不易生成连续的膜层。随着晶化时间的增加，膜层厚度逐渐增加，膜表面趋于致密。当膜合成液摩尔组成为1.0Al₂O₃∶0.9P₂O₅∶0.6SiO₂∶2.0DEA∶100H₂O，晶化时间为36 h时，球磨晶种诱导制得的SAPO-34分子筛膜分离性能最佳，膜的CO₂渗透性为1.11×10^?6 mol·m^?2·s^?1·Pa^?1，CO₂/CH₄分离选择性达80。     

Synthesis, characterization and catalytic properties of SAPO-34 synthesized using diethylamine as a template

SAPO-34 molecular sieve was successfully synthesized using diethylamine (DEA) as a template. The influence of template concentration and silica concentration on the synthesis were investigated. Pure SAPO-34 could be obtained when n(DEA)/n(Al₂O₃)  1.5 and n(SiO₂)/n(Al₂O₃) > 0.1 in the synthesis gel. Further increase of DEA concentration in the starting gel [n(DEA)/n(Al₂O₃) > 3] has a negative effect on both crystallinity and crystal yield. The products were characterized by XRD, XRF, SEM, NMR, FT-IR, TG-DTA and nitrogen adsorption techniques. It was found that SAPO-34 synthesized with DEA as a template has the characteristic of high silicon incorporation and exhibits good thermal and hydrothermal stability. The catalytic performance of SAPO-34 was tested by methanol-to-olefin (MTO) reaction and high olefins (C₂H₄ + C₃H₆) selectivity was obtained.     

模板剂对SAPO-34分子筛性能的影响

采用XRD、SEM、NH3-TPD等方法研究了以三乙胺(TEA)、四乙基氢氧化铵(TEAOH)及二者的混合物为模板剂合成的产物的结构及物化性能,并以甲醇为探针分子,在固定床反应器上对合成产物在甲醇制取烯烃(MTO)反应中的催化性能进行了评价。结果表明,模板剂的种类及配比对所得产物的晶相结构、晶粒大小、酸强度、酸量以及催化性能有重要影响。双模板体系中,当n(TEAOH)/n(TEA)=0.037～0.186时,得到纯相SAPO-34分子筛;且当n(TEAOH)/n(TEA)=0.093时,得到的SAPO-34分子筛晶粒较小(1.0μm左右)且均匀,酸度适中,低碳烯烃(C2=～C4=)的选择性94.98%,催化寿命415min,较单独以TEA〔n(TEA)/n(Al2O3)=2.15〕或TEAOH〔n(TEAOH)/n(Al2O3)=2.0〕为模板剂合成的催化剂的低碳选择性(88.22%和89.29%)和寿命(170min和165min)均有明显提高,且积炭速率(0.016%/min)明显降低。     

硅源用量对SAPO-18分子筛合成及催化性能的影响

采用水热合成法,以N,N-二异丙基乙胺为模板剂合成SAPO-18分子筛,并用X射线衍射、X射线荧光光谱、扫描电子显微镜、NH3程序升温脱附及N2吸附-脱附等对其结构进行表征,系统研究合成凝胶中硅源用量对SAPO-18分子筛合成及其在甲醇制烯烃反应中催化性能的影响。结果表明,在晶化温度453 K、晶化时间96 h和合成凝胶中0.3≤n(Si O2)∶n(Al2O3)≤1.2条件下,能合成出纯相的SAPO-18分子筛,其中,当n(Si O2)∶n(Al2O3)=0.6,在反应时间135 min时,合成的SAPO-18分子筛具有较高的双烯选择性(乙烯+丙烯)。合成凝胶中硅源的用量对SAPO-18分子筛酸性有显著影响,适当增加分子筛中强酸比有助于提高乙烯和丙烯选择性,但缩短催化剂寿命。     

Effect of SiO2/Al2O3 ratio on the conversion of methanol to olefins over molecular sieve catalysts

A series of SAPO-34 molecular sieves with different SiO₂/Al₂O₃ ratios have been synthesized for the methanol-to-olefin (MTO) reaction. Their physico-chemical properties are characterized by various techniques such as X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS), Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) and N₂ adsorption-desorption. The results are compared with those of the commercial HZSM-5, which show that the crystallinity and particle diameter of SAPO-34 as well as HZSM-5 increase with SiO₂/Al₂O₃ ratio. The variation of BET surface area of SAPO-34 is different from that of HZSM-5 and the sample with SiO₂/Al₂O₃ ratio of 0.4 exhibits the highest BET surface area. FT-IR spectra indicate that HZSM-5 has both Br?nsted and Lewis acid sites and Br?nsted acid sites are stronger, whereas SAPO-34 samples are dominated only by Lewis acid sites. When the SiO₂/Al₂O₃ ratio increases, propylene and butylenes become the predominant product of the MTO reaction over HZSM-5. In contrast, the main products of this reaction catalyzed by SAPO-34 are ethylene and propylene. According to the product distribution, the reaction mechanism over HZSM-5 catalysts is proposed.     

模板剂对SAPO-34分子筛性能的影响研究

采用XRD、SEM、NH3-TPD等方法深入研究了以三乙胺(TEA)、四乙基氢氧化铵(TEAOH)及二者的混合物为模板剂合成的产物的结构及物化性能。并以甲醇为探针分子,在固定床反应器上对合成产物在甲醇制取烯烃(MTO)反应中的催化性能进行了评价。结果表明,模板剂的种类及配比对所得产物的晶相结构、晶粒大小、酸强度、酸量以及催化性能有重要影响。双模板体系中,当TEAOH/ TEA=0.037～0.186时,可以得到纯SAPO-34分子筛;且当TEAOH/TEA=0.093时,得到的SAPO-34分子筛晶粒较小(1.0μm左右)且均匀,酸度适中,低碳烯烃(C2=～C4=)的选择性94.98%,催化寿命415min,较单独以TEA(TEA/Al2O3=2.15)或TEAOH(TEA/Al2O3=2.0)为模板剂合成的催化剂的低碳选择性 (88.22%和89.29%)和寿命(170min和165min)均有明显提高,且积炭速率(0.016%/min)明显降低。     

复合模板剂诱导合成SAPO-34分子筛及其MTO性能研究

利用传统水热合成方法,分别采用单一模板剂、混合模板剂合成纯相SAPO-34分子筛,采用XRD、BET、SEM、NH3-TPD和FTIR对样品进行表征,考察其在甲醇制烯烃反应中的催化性能。结果表明,混合模板剂诱导合成的SAPO-34分子筛具有较小的颗粒尺寸,较大的比表面积和适宜的酸性,可以在MTO反应中表现出更优的催化性能。结果发现,MORTEAOH混合模板剂合成的SAPO-34分子筛的催化寿命达320 min,双烯选择性超过82%。     

草酸溶液处理对SAPO-34分子筛物性和催化性能的影响

用XRD、SEM、N₂物理吸附、XRF、ICP-AES以及NH₃-TPD、FT-IR、固体NMR和固定床甲醇制烯烃技术（MTO）反应评价等表征手段,研究了草酸溶液处理对SAPO-34分子筛的改性作用。结果表明,用草酸溶液对SAPO-34分子筛进行后处理可以通过刻蚀骨架在晶体中产生大孔,调变孔道结构,改善微孔扩散性能;选择性地降低分子筛的骨架硅含量,从而降低分子筛的酸强度和酸中心密度。将改性前后的分子筛应用于MTO反应中。评价结果表明,适度的酸处理能够在保证分子筛收率和乙烯、丙烯选择性的前提下,明显提高催化剂的单程寿命。草酸溶液处理是一种值得研究的SAPO-34分子筛后处理改性方法和MTO催化剂制备手段。