杂原子分子筛的新型制备方法及其催化性能的研究

概述了以MWW型晶体结构为主的杂原子分子筛的新型合成方法及其催化性能.采用多种制备方法合成了以钛硅分子筛为主的MWW型结构杂原子分子筛,并研究了其以H2O2为氧化剂的多种有机物的液相氧化反应的催化性能.研发了新一代钛硅分子筛--Ti-MWW的晶化助剂水热合成法、干溶胶固相晶化法、氟化物法、结构可逆转变后处理合成法以及双模板剂结构导向直接合成法.Ti-MWW催化剂在烯烃的环氧化和酮类的氨氧化反应上,显示出比TS-1和Ti-Beta等常规的钛硅分子筛更优越的催化活性和目标产物选择性.通过层剥离处理以及分子水平上的层间扩孔技术,可以将Ti-MWW转变为适合于大分子催化氧化的催化材料.Sn-MWW和Ga-MWW催化剂在环状酮类的Baeyer-Villiger氧化反应中显示良好的催化性能.     

TS分子筛的催化氧化性能研究

用自掣是四丙基溴化铵（ＴＰＡＢｒ）部分取代四丙基氢氧化铵（ＴＰＡＯＨ）为模板剂,在Ｎａ＾＋离子存在下,合成出结构优良的ＴＳ－１分子筛。在丙烯Ｈ２Ｏ２氧化制环氧丙烷反应中,考察了合成的ＴＳ－１分子筛的催化活性,催化剂的预处理。用量、利用次数、再生和反应温度与时间对反应的影响。研究表明,不同的模板和合成条件明显影响分子筛的晶粒大小。晶粒度为０．４￣０．７μｍ的ＴＳ－１分子筛经１０％ＮＨ４Ａｃ预处理后,     

杂原子分子筛的表征及乙苯氧化脱氢多功能催化性能的研究I．杂原子分子筛的骨架结构表征及表面酸性测定

应用ＸＲＤ、ＩＲ、ＥＰＭＡ等测试方法对所合成的杂原子分子筛进行了结构表征，均表明杂原子进入了分子筛骨架位，运用吡啶吸附的红外光谱、ＮＨ＿３吸附的ＴＰＤ及ＮＨ＿３吸附的ＴＧ－ＤＴＡ分析研究了含Ｓｉ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｖ、Ｔｉ的杂原子ＺＳＭ－５的酸性，酸性顺序为：Ａｌ＞Ｆｅ＞Ｖ≥Ｔｉ＞Ｓｉ。ＴＧ－ＤＴＡ测定表明，杂原子分子筛的热稳定性良好。     

杂原子分子筛的表征及乙苯氧化脱氢多功能催化性能的研究Ⅱ．乙苯氧化脱氢的催化性能及分子筛构型、粒度和比表面积的影响

考察了杂原子（Ａ１、Ｔｉ、Ｖ、Ｆｅ）分子筛上乙苯氧化脱氢的初活性及稳定活性。结果表明，乙苯氧化脱氢活性与分子筛中存在的杂原产种类有关，而与分子筛的酸性没有规律性联系。含Ｔｉ、ｖ、Ｆｅ的分子筛均表现了氧化脱氢活性，但Ｖ、Ｔｉ深度氧化严重，只有含Ｆｅ的样品才有高的氧化脱氢活性。此外，分子筛的粒度、孔道结构和比表面积对乙苯分子的内扩散阻力及反应的活化能均有影响，进而影响反应活性。     

CeX分子筛催化分子氧选择性氧化环己烷

用液相离子交换法引入Ce离子对NaX分子筛改性,对比Ce（Ⅲ）X、Ce（Ⅳ）X对环己烷氧化反应的催化效果,主要考察了Ce（Ⅲ）X的不同离子交换度,以及不同焙烧气氛下离子占位和价态变化对环己烷氧化的影响。结合X射线衍射、电感耦合等离子体原子发射光谱仪、氮气吸附-脱附、X射线光电子能谱仪等方法对改性催化剂进行分析。研究表明,Ce（Ⅲ）X催化环己烷氧化反应的转化率是NaX分子筛的2.6倍,略高于Ce（Ⅳ）X分子筛;随着Ce（Ⅲ）X的离子交换度由13.4%增加到76.2%,环己烷的转化率由3.15%提高到8.54%;Ce（Ⅲ）X在真空氛围和空气氛围下焙烧,环己烷转化率分别降至7.5%和5.7%,催化活性的降低与Ce（Ⅲ）离子向方钠石笼迁移和价态变化有关。同时得出最优的工艺条件：氧气压力为1.5MPa,反应温度为150℃,搅拌速率为800r/min,反应时间为2h。在最优条件下环己烷转化率为8.54%,目标产物（环己酮和环己醇）选择性为86.39%。     

杂原子ZSM—12型分子筛的酸性及其催化性能的研究

用TPD法研究了不同杂原子含量的氢型Fe-Si-ZSM-12和B-Si-ZSM-12型分子筛的表面酸性,观察到杂原子含量和表面酸性之间的关系.此两种分子筛的表面酸性都比Al-Si-ZSM-12型分子筛弱,酸性强弱的顺序为:Al-Si-ZSM-12>>Fe-Si-ZSM-12>B-Si-ZSM-12.还考察了这两种杂原子分子筛对苯和乙醇烷基化的催化活性,两者的活性都低于Al-Si-ZSM-12,但有相对较高的乙醇脱水活性.     

杂原子Sn-ZSM-12型分子筛结构表征

采用水热晶化法,以甲基三乙基溴化铵为模板剂,首次合成出杂原子Sn-ZSM-12型分子筛。利用X射线粉末衍射、X射线光电子能谱,红外光谱,~(29)Si MAS NMR及电子探针等技术验证杂原子Sn存在于分子筛骨架上。对其物化性能进行了研究。     

空心钛硅分子筛在环己烷温和氧化反应中的催化性能

在以H₂O₂为氧化剂的环己烷液相温和氧化反应体系中,对空心钛硅分子筛(HTS)的催化性能进行了系统研究,详细考察了不同反应条件包括反应时间、反应温度、反应物料配比及催化剂用量对HTS催化性能的影响。结果表明,在温和反应条件下,HTS催化环己烷氧化反应中,环己酮和环己醇是主要产物;在优化的反应条件下,酮醇产率超过40%,酮/醇摩尔比大于2.0。     

焙烧气氛对MnAPO-36分子筛催化性能的影响

对以拟薄水铝石、磷酸、四水合醋酸锰为原料,三正丙胺为模板剂,采用原位水热法合成的MnAPO-36分子筛原粉,分别在氧气、空气和氮气气氛下进行了焙烧。NH3-TPD表征结果表明,氧气和空气气氛下焙烧的试样具有强酸中心,且氧气气氛下焙烧的试样酸量更大;XPS分析结果表明,氧气和空气气氛下焙烧的试样中存在MnⅡ和MnⅢ,而氮气气氛下焙烧的试样中只有MnⅡ。环己烷氧化探针反应结果表明,在无溶剂体系下,催化剂用量0.60 g时,30 g环己烷在135℃、氧气压力1.60 MPa下反应3 h,氧气气氛下焙烧的MnAPO-36分子筛催化剂具有相对较好的催化性能,环己烷的转化率为11.85%,环己醇、环己酮、环己基过氧化物和己二酸的总选择性为70.10%。     

钨硅分子筛中钨的配位结构及其催化油酸甲酯氧化裂解性能

通过后合成法和水热合成法分别制备了W-Beta分子筛和W-MFI分子筛,采用X射线衍射(XRD)、N₂低温吸附-脱附、紫外-可见光谱(UV-Vis)、红外光谱和冷喷雾离子质谱(CSI-MS)等手段表征了钨硅分子筛的钨配位状态以及滤液的离子结构,考察了钨硅分子筛的催化油酸甲酯氧化裂解活性及稳定性,并与滤液催化活性进行了关联。结果表明：水热法合成W-MFI分子筛中四面体WO₂(OSi)₂稳定性好,具有催化环氧化活性,无催化氧化裂解活性;后合成法制备的W-Beta分子筛中,钨物种与脱铝产生的分子筛硅羟基相互作用形成纳米WO₃团簇,提高了催化氧化裂解活性,但稳定性差;分子筛上WO₃与H₂O₂反应生成宽质/荷比分布的均相过氧钨酸根阴离子,具有催化氧化裂解活性。     

AEI结构杂原子磷铝分子筛的合成、表征及MTO催化性能

采用水热法合成了杂原子Co、Mn、Mg、Si取代的AIPO4-18(AEI结构)分子筛.采用XRD,NH3-TPD、DTA方法对其进行表征,并以甲醇制烯烃(MTO)反应评价其催化活性.结果表明,杂原子Co、Mn、Mg、Si取代的AIPO4-18分子筛热稳定性较AIPO4-18稍差,但骨架破坏温度仍在1380 K以上.AIPO4-18分子筛的酸性会随着杂原子的取代而增强,其中Si的取代使分子筛酸性增强最多.在1033 K、100%水蒸气处理下,杂原子磷铝分子筛具有较好的水热稳定性,但随着水热处理时间延长,结晶度缓慢降低,骨架破坏并转变为无定形.CoAPO-18、MnAPO-18、MgAPO-18和SAPO-18分子筛都具有一定的MTO催化性能,其中CoAPO-18催化性能最好,甲醇转化率、丙烯收率和乙烯收率分别达到100%、49.79%、24.5%.     

新型立方介孔Au/SBA-1分子筛催化氧化环己烷的研究

采用三乙基十六烷基溴化铵为模板剂,氯金酸为金源成功制备出一系列Au/SBA-1分子筛催化剂,利用X射线粉末衍射分析、N2吸附/脱附、UV测试、SEM扫描电镜、元素分析等技术对催化剂进行了表征.并进行了所制试样对环己烷选择性氧化制环己醇和环己酮反应催化性能的研究.考察了Au负载量、反应温度对催化氧化环己烷反应催化性能的影响.     

Mg-SAPO-34分子筛的微波合成及其对甲醇制烯烃反应的催化性能

 采用微波辐射法水热合成了Mg-SAPO-34分子筛,并采用XRD、BET、FT-IR和NH3-TDP手段对合成的Mg-SAPO-34进行了表征。考察了微波辐射时间、功率对合成Mg-SAPO-34的影响,也考察了Mg-SAPO-34样品对甲醇制烯烃反应（MTO）的催化性能。结果表明,采用微波辐射法合成Mg-SAPO-34分子筛的最佳辐射功率450W,最佳辐射时间45min。微波合成的Mg-SAPO-34分子筛用于MTO催化反应,甲醇的转化率达100%, 乙烯的选择性为55.3%,丙烯选择性为31.35%, 低碳烯烃总选择性达到86.65%。     

TS分子筛的催化氧化性能研究Ⅰ.戊烷的氧化

利用自合成的ＴＳ－１分子筛，以双氧水为氧源，详细考察了戊烷的氧化反应。讨论了Ｓｉ／Ｔｉ比、ＴＳ／Ｈ２Ｏ２比、温度、反应时间和溶剂等因素的影响。ＸＲＤ、ＩＲ和氧化反应数据证明了戊烷氧化反应的活性是由于Ｔｉ进入分子筛骨架的结果。反应条件考察的结果表明在５５℃下、ＴＳ（３３）／Ｈ２Ｏ２比为１．７、反应时间为３小时，以丙酮为溶剂，戊烷氧化反应的双氧水的转化率达８０％以上，利用率达９０％。     

Ni-MCM-41分子筛合成及其对模拟柴油吸附脱氮性能研究

以十六烷基三甲基溴化铵为模板剂、以硝酸镍为镍源,采用水热合成法合成Ni-MCM-41杂原子分子筛,并对其进行红外光谱（IR）、X射线衍射（XRD）及N2吸附-脱附表征。IR和XRD结果表明样品具有MCM-41分子筛的介孔结构,镍离子已进入分子筛骨架,N2吸附-脱附结果得出Ni-MCM-41杂原子分子筛的比表面积为523 m2/g,平均孔径为2.82 nm,孔体积为0.625 8 cm3/g。研究了Ni/SiO2摩尔比对分子筛吸附脱除含吡啶模拟柴油碱性氮化物的影响,确定Ni/SiO2摩尔比为0.01的Ni-MCM-41分子筛吸附脱氮效果最佳。考察了分子筛用量、吸附温度、吸附时间对Ni-MCM-41（0.01）分子筛吸附脱氮性能的影响,结果表明最佳吸附脱氮条件为：分子筛用量为0.02 g/mL（相对于模拟柴油）,吸附温度为40 ℃,吸附时间为20 min。     

超声法制备负载Cu-Fe分子筛催化剂及其催化氧化甲苯性能研究

挥发性有机化合物(VOCs)是大气污染物的重要组成部分,可对生态环境和人体健康造成严重危害,因此设计并制备高效催化剂降解VOCs尤为重要。作为商业应用的催化剂,分子筛具有稳定性好和抗毒能力强等优点,然而单一分子筛催化活性较差,需要负载活性组分进一步提高催化性能。采用超声法,分别以ZSM-5、Beta和SAPO-34分子筛作载体同时负载Cu、Fe过渡金属氧化物制备了Cu-Fe/ZSM-5、Cu-Fe/Beta和Cu-Fe/SAPO-34催化剂并用于甲苯催化氧化。催化活性测试结果表明,Cu-Fe/ZSM-5催化剂表现出最佳催化活性,300℃下甲苯转化率可达90%。X-射线衍射(XRD)分析结果表明,同时负载Cu、Fe金属氧化物未对分子筛结构造成明显破坏,且金属氧化物具有良好的分散性。NH₃程序升温(NH₃-TPD)分析结果表明,酸性不是影响催化活性的唯一因素。原位漫反射红外(in situ DRIFT)和色谱质谱联用(GC-MS)分析结果表明,催化活性较好的催化剂上生成的中间产物较少,而催化活性较差的催化剂上会生成更多的中间产物。     

Ti-HMS的合成及其催化氧化性能

采用长链伯胺类表面活性剂作为模板剂,通过中性表面活性剂胶束(S0)与中性无机硅母体之间(I0)的氢键作用与自组装途径(即S0I0模板途径)合成了骨架含钛的中孔分子筛TiHMS。系统地研究了Si与Ti的摩尔比(vSi/vTi)、硅源及模板剂分子的碳链长度、钛源、模板剂/硅源的摩尔比(vHAD/vTEOS)等因素对TiHMS分子筛结构的影响。考察了Ti-HMS分子筛对苯乙烯的催化氧化性能。结果表明,只有在vSi/vTi>30时,分子筛产物才具有较高的比表面积和结构有序度。模板剂分子的碳链越长,则得到的TiHMS分子筛的孔容及孔径越大。vHAD/vTEOS=0.3时合成的分子筛比表面积最大。有机钛源(TEOT、TPOT、TBOT)分子的碳链长度对分子筛结构与物理化学性能无显著影响。     

金属有机分子筛Cu3(BTC)2在苯甲醇氧化反应中的催化性能

在不同溶剂热反应条件下制备了具有自组装活性中心的金属有机分子筛Cu3(BTC)2,采用XRD和SEM等手段对所制备的Cu3(BTC)2进行了表征,并考察了其在苯甲醇氧化反应中的催化性能.结果表明,Cu3(BTC)2可有效催化苯甲醇氧化反应,在相同的反应条件下,其催化活性高于离子交换法制备的Cu/Y催化剂.Cu3(BTC)2的反应活性和稳定性与反应溶剂的选择有着密切的关系,反应后的Cu3(BTC)2虽然拓扑结构、晶体形貌发生了一定变化,但反应活性仍然保持不变,在丙酮溶剂中重复使用的Cu3(BTC)2甚至表现出高于第一次使用时的反应活性.     

MeAPO-5型分子筛的合成及其催化环己烷氧化性能研究

在不添加HF的基础上,使用水热法合成分别含有Ce,Fe,Cr,Ti,Sn的5种MeAPO-5分子筛。采用X射线荧光、N2吸附-脱附、X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、31P和27Al的核磁共振对MeAPO-5分子筛进行表征。以环己烷空气氧化为探针反应,考察这5种MeAPO-5分子筛对环己烷氧化反应的催化性能。结果表明,以CeAPO-5分子筛为催化剂时,在1.25 MPa、165 ℃条件下反应0.5 h,环己烷转化率为10.9%,环己醇、环己酮、环己基过氧化氢的选择性分别为40.0%,29.3%,10.2%,这3种产物的总收率达到8.7%,明显高于其它4种分子筛,因此,CeAPO-5分子筛是较为适宜的环己烷空气氧化催化剂。     

FeY分子筛的合成、表征及其加氢裂化活性

采用水热法合成了骨架含杂原子Fe的Y分子筛,并经处理得到超稳Y(USY)分子筛超稳FeY(USFeY)分子筛。利用X射线衍射、红外光谱、紫外可见漫反射光谱(UV-V is-DRS)、热重(TG)法对FeY分子筛进行了表征,结果表明,随Fe含量的增加,FeY分子筛的晶化时间延长,结晶度降低,晶胞常数增大;FeY分子筛的骨架伸缩振动峰向低波数方向移动;FeY分子筛的UV-V is-DRS谱图上不存在非骨架Fe的特征吸收峰;在600℃通氢气处理1h后,FeY分子筛的TG曲线仍无还原峰出现,以上结果均表明Fe进入了Y分子筛的骨架中。利用吡啶吸附红外光谱测定了USY和USFeY分子筛的表面酸性,并对以USY和USFeY分子筛为载体制备的催化剂的加氢裂化活性进行了评价,实验结果表明,与USY分子筛相比,USFeY分子筛的B酸、弱L酸量及总酸量增加,催化剂的加氢裂化活性提高。