Ti-MCM-41分子筛研究进展

介绍了Ti-MCM-41分子筛的合成方法、物性表征、表面硅烷化、负载杂原子改性研究及其近年来在催化领域的应用。Ti-MCM-41分子筛具有优异的选择催化氧化性能，还具有良好的光催化活性。可用于烃类的选择性氧化、环氧化和羟基化反应，也可作为光催化剂应用于有机物的加氢、降解反应。     

Ti-MCM-41分子筛催化剂的表面硅烷化改性研究

以硅酸四乙酯（TEOS）为硅源,钛酸四丁酯（TBOT）为钛源,阳离子表面活性剂CnTMABr为模板剂,通过水热晶化法合成了含钛中孔分子筛Ti-MCM-41.采用XRD,FT-IR,SEM、N2吸附-脱附等方法对分子筛进行了结构表征,研究了不同硅烷化处理方法对Ti-MCM-41分子筛疏水性及催化氧化性能的影响.结果表明：模板剂CnTMABr碳链长度（n）影响Ti-MCM-41分子筛结构有序度.只有在n =16时所合成的Ti-MCM-41分子筛才具有长程有序结构.经不同硅烷化试剂处理后,Ti-MCM-41分子筛的Si/Ti增大,而比表面积、平均孔径、孔容积均有不同程度降低,但疏水性、催化氧化活性及环氧化物选择性增大.采用TMSCl（氯化三甲基硅烷）的硅烷化效率最高.     

水热晶化法合成Ti-MCM-41分子筛的研究

采用水热品化法合成了含钛中孔分子筛Ti-MCM-41,系统考察了凝胶pH值、表面活性剂浓度、表面活性剂链长对所合成Ti-MCM-41分子筛结构的影响。采用XRD、UV-Vis及N2吸附-脱附等温线等分析测试方法表征了分子筛结构。比较研究了Ti-MCM-41与微孔分子筛TS-1、TS-2对烯烃的催化氧化性能。结果表明：凝胶pH在11～12之间,表面活性剂C16TMABr浓度为25％(70％,表面活性剂所含碳原子数在12～16时有利于合成有序度较高的六方中孔结构Ti-MCM-41分子筛。与微孔分子筛TS-1、TS-2不同,Ti-MCM-41分子筛可以催化较大分子烯烃的液相氧化．     

不同碱源合成Ti-MCM-41及催化氧化-萃取脱除噻吩

分别以NaOH、氨水、四甲基氢氧化铵为碱源,钛酸四丁酯为钛源,水热法合成了Ti-MCM-41介孔分子筛,采用SEM、XRD、TEM、FT-IR和BET等手段对合成分子筛进行了表征分析。研究了晶化时间、碱源、模板剂用量对结晶度及微观形貌的影响。结果表明:碱源类型对Ti-MCM-41的晶化过程及其孔道结构存在较大影响,碱源结构越稳定分子筛长程有序性越好。Ti-MCM-41对催化氧化噻吩显示出较高的催化活性,以乙腈为萃取剂时其氧化-萃取脱除率最佳,可达90.3%。萃取移除噻吩的效果与溶剂在体系中的结构适应性相关,实验采用溶剂萃取能力的顺序为:腈类>酰胺≥醇类>醇胺。     

ZrO2/Ti-MCM-41的制备、表征及催化裂解聚丙烯反应的性能

采用水热合成法制备了中孔分子筛ZrO2/Ti-MCM-41,通过XRD、N2吸附-脱附、FT-IR、UV-Vis对其进行表征,表明其具有中孔结构,并且随着ZrO2含量的增加,ZrO2/Ti-MCM-41孔道的长程有序性和结晶度有所减弱,直至失去中孔结构。将其应用于聚丙烯(PP)的催化裂解反应,通过考察硅钛比、负载量、反应温度、催化剂用量和反应时间,对ZrO2/Ti-MCM-41催化裂解PP反应的规律进行了研究。结果表明,n(Si):n(Ti)=40,ZrO2负载质量分数为18%的ZrO2/Ti-MCM-41,在反应温度400℃,m(ZrO2/Ti-MCM-41):m(PP)=0.02,反应时间30 min的条件下,PP的转化率可达91.2%,液体产物的收率为83.6%,该结果优于热裂解及传统的HZSM-5小孔分子筛催化剂的催化裂解结果。     

介孔分子筛Ti-MCM-41的制备和结构

在醇水表面活性剂体系中以TiCl4和水玻璃为原料通过水热合成得到了有序的介孔分子筛Ti-MCM-41,并用小角X射线衍射、Fourier变换红外光谱、紫外-可见光谱、N2吸附技术和高分辨透射电镜技术进行表征.结果表明:Ti4 以四配位的形式结合在介孔分子筛的骨架结构中,在分子筛孔道内壁具有初级沸石结构单元;分子筛具有双孔结构,最可几孔径分别在2.6nm和3.85nm,分子筛比表面积达到1 030 m2/g,与高分辨透射电镜结果一致.     

常压制备Ti-MCM-41介孔分子筛及其表征

以水玻璃为硅源,四氯化钛为钛源,去离子水为溶剂,EDTA为络合剂,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂,常压合成Ti-MCM-41,采用X射线粉末衍射(XRD)、低温N2吸附-脱附试验(77 K)、傅立叶红外光谱(FTIR)、紫外可见光漫吸收光谱(UV-vis)和透射电子显微镜(TEM)等方法表征了合成的介孔分子筛,研究了晶化时间、晶化温度、pH值、Ti含量、煅烧制度对介孔结构的影响.结果表明:pH值和煅烧对产物的影响最为明显;EDTA抑制非骨架钛具有良好的效果;绝大多数的 Ti以四配位状态存在于SiO2网络骨架中.     

微波合成Ti-MCM-41介孔分子筛及其动态脱硫性能

采用溶胶-凝胶法在微波条件下制备Ti-MCM-41介孔分子筛,采用SEM、BET、XRD、TEM和FT-IR等对催化剂进行表征,对比MCM-41和水热合成的Ti-MCM-41介孔分子筛,并分析其制备机理,以合成的分子筛为催化剂进行柴油脱硫实验。结果表明,合成的Ti-MCM-41分子筛结构有序,晶形完整,平均孔径约4.5 nm。在每10 mL模型油Ti-MCM-41用量0.2 g、n(H2O2)∶n(苯并噻吩)=4和V(乙腈)∶V(模型油)=1条件下,苯并噻吩的催化氧化活性较高,动态氧化-萃取脱除率最高达93.5%。     

苄基磺酸化MCM-41介孔分子筛的合成、表征及催化酯化性能

MCM-41介孔分子筛先后与苄基氯和氯磺酸接枝反应,得到苄基磺酸介孔分子筛(SBM)。通过X射线多晶衍射(XRD)、氮气吸附脱附、红外光谱(IR)、有机元素分析、扫描电镜(SEM)等方法对所得样品进行了表征。研究结果表明,MCM-41表面硅羟基与苄基氯反应,接枝量w(C)=6.68%;进一步磺化,接枝率w(S)=8.46%。XRD等分析结果表明,经过两步接枝反应,SBM仍然具有介孔结构特征,比表面积和孔容分别为366.9 m2/g、0.349 cm3/g。以SBM为催化剂,催化合成柠檬酸三丁酯;在n(酸)∶n(醇)=1.0∶9.0,w(催化剂)=3%,反应温度110℃,回流时间7 h的条件下,柠檬酸转化率可达93.2%;催化剂重复使用4次柠檬酸转化率为76.3%。     

乙二胺体系铝镧MCM-41介孔分子筛的合成、表征及在乙氧基化反应中的催化性能

以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂,正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,乙二胺为碱性介质,当n(TEOS)∶n(NaAlO2)(或LaCl3)∶n(CTAB)∶n(H2NCH2CH2NH2)∶n(H2O)=1∶X∶0 12(或0 14)∶3 5(或8 0)∶130,其中X=0 1,0 05,0 033时,水热法合成了硅铝(硅镧)摩尔比为10、20和30的Al MCM 41和La MCM 41介孔分子筛。通过XRD、IR、NH3 TPD吸附脱附、BET及CCl4吸附等方法对分子筛的晶体结构和表面物性进行了研究,结果表明,合成的分子筛具有典型的六方介孔结构特征。将Al MCM 41和La MCM 41分子筛分别用于催化乙氧基化反应,研究结果表明,Al MCM 41的催化活性高于La MCM 41,当Al MCM 41用量为正辛醇质量的3%,反应温度为120℃,反应压力0 2MPa,n(正辛醇)∶n(环氧乙烷)=1∶2时,正辛醇聚氧乙烯醚产品的收率达85%。     

两种体系合成的TS-1分子筛表征及其丙烯直接环氧化反应性能比较

采用SEM、XRD、微结构分析、IR等对以络合剂提高钛源稳定性体系和以传统体系合成的两种TS-1分子筛样品进行对比测试,并在高的双氧水浓度下考察了丙烯直接环氧化反应效果。结果表明,两种体系合成的TS-1分子筛样品的骨架结构、晶形、比表面积、孔径分布等基本一致,对丙烯直接环氧化的催化性能基本相当,但传统法合成的晶粒大小不一,而以络合剂提高钛源稳定性体系合成的晶粒为均一的均匀薄片状结构。这为较价廉体系合成TS-1分子筛的进一步研究、放大与工业应用提供了可能。     

ZrO2/Ti-MCM-41催化聚丙烯裂解反应的研究

采用水热合成法制备了中孔分子筛ZrO₂/Ti-MCM-41，通过XRD和N₂吸附-脱附对其进行表征。结果表明，该分子筛具有中孔结构，并且随着ZrO₂含量的增加，ZrO₂/Ti-MCM-41孔道的长程有序性和结晶度有所减弱，直至失去中孔结构。将其应用于聚丙烯（PP）催化裂解反应，通过考察负载量、反应温度、催化剂用量和反应时间，对ZrO₂/Ti-MCM-41催化裂解PP反应的规律进行了研究。结果表明，负载ZrO₂质量分数为18%的ZrO₂/Ti-MCM-41，在反应温度400 ℃m（ZrO₂/Ti-MCM-41）∶m(PP)=0.02和反应时间30 min条件下，PP转化率可达91.2%，液体产物收率为83.6%，优于热裂解及传统的HZSM-5小孔分子筛催化剂的催化裂解结果。     

Ti-MCM-36: a new mesoporous epoxidation catalyst

Ti-containing MCM-36 catalyst was synthesized from a Ti-MCM-22 precursor (P) via surfactant swelling followed by polymeric silica pillaring. Mesoporous region with ca. 2.8 nm pore size was created by expansion between lamellar crystalline sheets in Ti-MCM-22 (P). Characterization of Ti-MCM-36 was conducted using XRD, BET surface area measurement, ICP, and UV-vis spectroscopy. Catalytic performances in 1-hexene and propylene epoxidation reactions using H₂O₂ as an oxidant demonstrated superior performance of Ti-MCM-36 over Ti-MCM-22 or TS-1.     

Vapor-Phase Epoxidation of Propene over Au/Ti-MCM-41 Catalysts: Influence of Ti Content and Au Content

Ti-MCM-41 samples were used for propene epoxidation using H₂ and O₂ after Au deposition by deposition--precipitation. Au nanoparticles supported on Ti-MCM-41 with Ti incorporated hydrothermally followed by post-synthesis grafting gave higher propene oxide yields than Ti-MCM-41 with Ti incorporated hydrothermally or by grafting. Au L₃-edge EXAFS spectra show the presence of metallic Au for the low Au content (0.21 wt%) catalyst which is more selective to epoxidation, while at high Au loadings (0.42 wt%) oxidic Au species are observed and the catalyst shows lower epoxide selectivity.     

Aerobic photochemical oxidation in mesoporous Ti-MCM-41: epoxidation of alkenes and oxidation of sulfides

Irradiation with visible light of a secondary alcohol, benzhydrol, in the presence of molecular oxygen within a titanium-substituted mesoporous molecular sieve, Ti-MCM-41, led to the formation of the α-hydroperoxoalcohol and then hydrogen peroxide. The peroxide species reacted in situ with alkenes and sulfides and led to the titanium center catalyzed selective formation of epoxides from alkenes and sulfoxides from sulfides. The cascade of reactions represents a new method for the photoactivation of oxygen in the presence of alcohols. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

静电“S+X-I+”组装途径合成Ti-MCM-41分子筛及其催化氧化性能

采用静电“S⁺X^-I⁺”组装途径合成了骨架含钛的中孔分子筛Ti-MCM-41，系统研究了不同因素对分子筛结构的影响以及Ti-MCM-41分子筛对不同烯烃的催化氧化性能.在强酸介质中由于钛源的高度溶解导致只有部分Ti进入分子筛骨架，骨架钛含量随HCl/TEOS增大而减小，分子筛收率及晶胞参数（a₀）、孔道壁厚（δ_wt）随HCl/TEOS的增大而增大.在较宽的C16TMABr /TEOS （0.3～1.0）和H₂O/TEOS（60～120）范围内均能得到高度有序的Ti-MCM-41分子筛.采用丙酮-水混合溶剂萃取法可以有效回收分子筛原粉中的模板剂而不影响分子筛的结构有序度.以双氧水或分子氧为氧化剂，Ti-MCM-41分子筛对多种烯烃均具有催化氧化活性.静电“S⁺X^-I⁺”组装途径合成的Ti-MCM-41分子筛催化氧化活性略低于水热晶化法合成的Ti-MCM-41分子筛.     

含钛介孔分子筛的合成与催化性能

论述了含钛介孔分子筛的水热合成、室温合成、微波合成和选择不同模板剂与嫁接法等合成方法及其特点。对含钛介孔分子筛的表面修饰与改性技术进行了概述。总结了含钛介孔分子筛在催化氧化、烯烃环氧化、羟基化和光催化等反应中的催化性能。指出今后的研究方向是:高水热稳定性含钛介孔分子筛的合成方法;通过对含钛介孔分子筛进行表面修饰,制备出具有独特性能的催化材料;含钛介孔分子筛在光催化及其他催化反应中的催化作用机理。