合成直链烷基苯的锆磷铝固体酸催化剂 I.催化剂合成及其影响因素

合成了一系列用于苯与直链烯烃烷基化反应的含有杂原子的磷铝分子筛固体酸催化剂 (MeZrAPO 5 ) ,同晶取代磷铝分子筛骨架中磷和铝的杂原子包括锆和至少一种选自硅、硼、镓、锗、铁、镁、锡等的元素。考察了晶化温度、晶化时间、杂原子种类、铝源等因素对催化剂合成的影响 ,探索了合成样品中模板剂脱除的最佳条件。结果表明 ,晶化温度高于 15 0℃、n(TEA) /n(Al2 O3 )≥ 1 5以及加入Zr原子都有利于直接生成MeZrAPO 5晶相 ;用小晶粒和高结晶度的铝源合成时 ,分子筛的结晶度高。     

合成直链烷基苯的锆磷铝固体酸催化剂Ⅱ.催化剂的结构和物化性质

采用XRD、FT—IR、MAS NMR、NH3—TPD和DTA等方法对锆磷铝分子筛(MeZrAPO—5)固体酸催化剂进行了表征。结果表明，MeZrAPO-5具有与AlPO4—5相似的晶体结构，锆、硼、硅等杂原子进入了晶体骨架结构中；锆、硅等杂原子同晶取代使磷铝分子筛的酸性增强，而且产生B酸中心，酸处理后可进一步改善酸性；锆磷铝分子筛具有较好的热稳定性，骨架坍塌温度在1000℃以上。     

双模板剂气相转移法合成杂原子磷铝分子筛

采用气相转移法、用双模板剂(即在制备干胶的过程中加入不易挥发的三乙醇胺、在液相中加入易挥发的三乙胺)合成了杂原子磷铝分子筛MeAPO-5(Me=Cr,Fe,Ni,Mn,Cu)。考察了有机胺模板剂的加入方式、干胶中金属含量对合成MeAPO-5分子筛的影响。采用X射线衍射、扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、等离子发射光谱、BET比表面积和热重分析等方法对合成产物进行了表征。表征结果显示,合成产物均具有AFI结构,为MeAPO-5分子筛;用双模板剂合成的MeAPO-5分子筛的结晶度高于用单模板剂合成的MeAPO-5分子筛。干胶中的n(MeO):n(Al2O3)=0.10～0.20时,有利于合成结晶度高的MeAPO-5分子筛及过渡金属杂原子进入磷铝分子筛的骨架。     

ZSM-22分子筛的水热合成与表征

以硅溶胶为硅源、氢氧化钾为碱源,以1,6-己二胺为模板剂,采用静态水热合成法合成纯相高结晶度ZSM-22分子筛。考察了晶化时间、原料配比、晶种的添加量等因素对ZSM-22分子筛相对结晶度和相纯度的影响。得出适宜的合成条件为:凝胶中硅铝比为n(Si O_2)∶n(Al_2O_3)=(80~90)∶1,碱用量为n(OH~-)∶n(Si O_2)=0.30~0.35,模板剂用量为n(DAH)∶n(Al_2O_3)=(27~35)∶1,晶化温度为160℃,晶化时间为48~72 h时,加入占凝胶总质量的1.3%~2.2%ZSM-22分子筛,能合成相对结晶度和纯度高的理想产品。     

高硅/铝比MCM-22分子筛的合成

研究了高硅/铝比MCM-22分子筛的合成条件.结果表明,以工业柱层硅胶为硅源合成高硅/铝比MCM-22分子筛中的主要杂晶是Kenyaite和ZSM-12;不含杂晶的高硅/铝比MCM-22分子筛只能在低温、高模/硅比、高水/硅比、动态条件下合成.超声老化显著缩短了晶化时间,对结晶度和杂晶形成的规律没有影响.超声老化不影响MCM-22分子筛的晶化机理.     

气相晶化法合成SAPO-34分子筛

分别以磷酸、拟薄水铝石和硅溶胶为磷源、铝源和硅源,吗啉和三乙胺为模板剂,采用气相晶化法在不同条件下合成了SAPO-34分子筛。研究了各种因素对气相晶化法合成SAPO-34分子筛的影响,确定了制备SAPO-34分子筛的最佳合成条件。干胶配比、干胶中的硅铝比和晶化温度对气相晶化法合成SAPO-34分子筛有重要影响,最佳干胶配比为n(SiO2)∶n(Al2O3)∶n(P2O5)∶n(H2O)=1.0∶1∶2∶30,最佳晶化温度为180℃,但在160,140℃时也能合成出纯SAPO-34分子筛。模板剂不同,合成的分子筛不同,搅拌有利于气相晶化。以制备的SAPO-34分子筛为催化剂催化甲醇制低碳烯烃反应结果表明,甲醇转化率达98%以上,乙烯和丙烯的总选择性达80%以上。     

甘油辅助下晶种法合成ZSM-5分子筛

以硅溶胶为硅源,甘油为辅助剂,采用晶种替代有机模板剂在水热条件下合成ZSM-5分子筛。考察了晶化温度和甘油对ZSM-5分子筛相对结晶度、晶粒尺寸、比表面积和酸性等性质对其催化性能的影响。利用Ｘ射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、N2吸附-脱附（BET）、NH3-TPD等分析手段对不同甘油含量分子筛样品进行表征。结果表明：在170℃晶化温度下,适量甘油辅助剂的添加,可以提高ZSM-5沸石分子筛的相对结晶度,并在一定程度上抑制α-SiO2杂晶的产生,从而提高其比表面积。在甲苯歧化反应中,添加甘油合成的ZSM-5催化剂表现出优良的催化性能,与未添加甘油合成的ZSM-5催化剂相比,甲苯转化率提高6～7百分点。     

杂原子Cu-ZSM-5分子筛的合成及表征

以四丙基氢氧化铵为模板剂、水玻璃为硅源、硫酸或磷酸为酸源,采用水热法直接合成杂原子Cu-ZSM-5分子筛,考察晶化时间、酸源及中性表面活性剂对分子筛晶形的影响.研究结果表明,以硫酸或磷酸为酸源,控制合适的晶化条件,可得到结晶度较高的杂原子Cu-ZSM-5分子筛,酸种类对分子筛形貌有一定影响;中性表面活性剂的加入有利于形成粒度均一的分子筛.     

以焙烧高岭土为原料合成ZSM-5分子筛

以焙烧高岭土为原料,采用水热法合成ZSM-5分子筛,考察了晶化温度、晶化时间、模板剂用量以及投料硅铝比等因素对分子筛合成的影响,得出了最佳的合成条件：晶化温度为140～160℃,晶化时间为24h, n(TPAOH)/n(SiO2)=0.10,投料硅铝比为15:1。采用XRD,SEM,N2 吸附脱附等手段对最佳条件下所合成的样品进行表征,结果表明,以焙烧高岭土为原料可以合成出结晶度相对较高、微孔分布集中于0.56 nm、晶粒大小约2μm的小颗粒ZSM-5分子筛。     

晶种法合成ZSM-5分子筛规律的研究

以水玻璃为硅源,采用晶种替代有机模板剂在水热条件下合成ZSM-5分子筛。考察晶化温度、晶化时间、水硅比及合成凝胶pH值对ZSM-5分子筛相对结晶度的影响,结果表明,在无机体系中,当水硅摩尔比[n(H2O)/n(SiO2)]为18时,合成ZSM-5分子筛的最佳条件为：晶化时间10～13 h,晶化温度180 ℃,凝胶pH值控制在9左右。采用XRD、SEM等方法对采用晶种和引入有机模板剂正丁胺两种方法合成的ZSM-5分子筛样品进行表征,并以大庆VGO为原料,在重油微反装置上对分子筛进行催化性能评价,结果表明：在原料配比相同的情况下,两种方法合成的ZSM-5分子筛样品的结晶度、晶体形貌都相差不大,且具有较高的结晶度;两种方法合成的ZSM-5分子筛的催化性能差别不大。     

用于甲醇制丙烯过程的ZSM-5分子筛的合成及其性能评价

研究并合成出不同硅铝比的ZSM-5分子筛,对制备的催化剂进行XRD,SEM,NH3-TPD,N2吸附-脱附表征,得出制备参数对催化剂性能的影响规律,确定了制备高结晶度、适当粒径大小的NaZSM-5分子筛的合成条件：n(TPA+)/n(SiO2) = 0.16～0.18,H2O/SiO2质量比14～16,晶化温度130～150 ℃,硅铝比500。将合成的NaZSM-5分子筛经挤条、酸交换和焙烧后制得的催化剂用于MTP性能评价试验,结果表明,硅铝比为500的催化剂具有良好的催化反应性能,甲醇转化率在99%以上,丙烯选择性可以维持在45%左右。     

MeAPO-11的合成及其在苯酚羟基化反应中的催化性能

 采用气相转移法合成了一系列杂原子磷铝分子筛MeAPO-11（Me为Cu、Fe、Zn、Mn）,并利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、热重-差热分析（TG-DSC）、漫反射紫外-可见光谱(DR UV-Vis)和等离子发射光谱（ICP）对其进行了表征,同时考察了它们对苯酚羟基化反应的催化性能。结果表明,采用气相转移法合成的MeAPO-11分子筛具有较高的结晶度和稳定性,杂原子可以通过同晶取代Al进入分子筛骨架。CuAPO-11具有较高的苯酚羟基化反应催化活性;MnAPO-11催化苯酚羟基化反应中,邻苯二酚选择性较对苯二酚选择性高许多。     

以水玻璃为硅源合成ZSM-5沸石分子筛

以水玻璃为硅源,分别采用晶种法和模板剂法合成了ZSM-5分子筛原粉。借助X射线衍射仪、X荧光光谱仪分析了ZSM-5组成及结晶度,采用扫描电镜观测了ZSM-5分子筛晶粒形态。结果表明,采用晶种法,在180℃下晶化10~15 h,可制备平均硅铝比为35.5的ZSM-5分子筛原粉;以正丁胺为模板剂,于160℃晶化24 h,可制备结晶度为94%,硅铝比为105的ZSM-5分子筛原粉。分别以晶种法和模板剂法合成的HZSM-5分子筛为活性组分的催化剂,均具有较好的水热稳定性。     

杂原子磷铝分子筛的合成及表征

以三乙胺为模板剂，拟薄水铝石为铝源，磷酸为磷源，合成过程中直接加入三氯化铁、硝酸钴、乙酸锰，水热合成了杂原子磷铝分子筛FeAPO-5、CoAPO-5和MnAPO-5，并通过XRD、IR、MASNMR、NH3-TPD等手段进行了表征。研究发现，合成的分子筛具有AlPO4—5的晶体结构，过渡金属原子进入分子筛骨架大大提高了其表面酸量和酸强度，因而分子筛可能具有良好的酸催化性能。     

低成本合成A型分子筛

以催化剂生产装置的工业原料为基础,考察了低成本制备高质量的4 A分子筛的晶化合成条件,以及经改性后所得5 A分子筛对石脑油组分的吸附-脱附性能。结果表明:优选出的4 A分子筛的较佳晶化制备条件为:n（Na2O）/n（SiO2）为2.8~3.1,n（SiO2）/n（Al2O3）为1.0~1.5,n（H2O）/n（Al2O3）为123.0~148.0,晶化温度为90~100 ℃,晶化时间为5 h以上;分别采用含不同SiO2质量分数的硅源水玻璃、晶化母液1、晶化母液2,在较佳晶化制备条件下,均可合成出相对结晶度大于80%的4 A分子筛;经改性所得5 A分子筛对正己烷的吸附-脱附性能优于工业市售品HZSM-5分子筛的。     

Ti-SBA-15介孔分子筛的制备与表征

以水玻璃为硅源、TiCl3为钛源、表面活性剂P123为模板剂,采用水热合成法一步合成了Ti-SBA-15介孔分子筛,并借助XRD、低温N2吸附、TEM和UV-Vis等表征手段研究了母液酸度、n(Si)∶n(P123)、晶化温度和n(Si)∶n(Ti)等条件对Ti-SBA-15介孔分子筛结构特性的影响。实验结果表明,在适合的母液酸度、硅源含量和晶化温度下可获得高结晶度、高有序度、大比表面积和大孔体积的Ti-SBA-15介孔分子筛。晶化温度过高会导致分子筛孔径增大、孔壁厚度减小、结晶度和有序度下降,同时促进骨架外六配位钛物种的生成。在n(Si)∶n(Ti)>20时合成的Ti-SBA-15介孔分子筛上,钛物种主要以四配位状态存在于分子筛骨架中。     

碱度对杂原子介孔分子筛相转变的影响

在十六烷基三甲基溴化铵、正硅酸乙酯、氢氧化钠体系中添加不同铝源、钛源制备杂原子介孔MCM-48分子筛。通过调变母液的碱度,经水热晶化在不同杂原子源合成体系中按不同次序分别得到杂原子M41S系列的六方相(MCM-41)、立方相(MCM-48)和层状相(MCM-50)产物,其中立方相产物出现在较窄的碱度区间。合成过程中硅源正硅酸乙酯在不同碱度下的缩聚产物硅酸根多聚体或低聚体和水解产物乙醇的含量是生成立方相产物的关键因素,而杂原子源中的异丙醇会削弱碱度对产物相态的影响。在此相变规律基础上,对于不同杂原子源采用合适的母液碱度获得高杂原子含量的n(Si)∶n(Al)=20的Al-MCM-48分子筛和n(Si)∶n(Ti)=50的Ti-MCM-48分子筛。     

低硅体系下SAPO-34分子筛的合成

以三乙胺和吗啉为模板剂,考察了硅含量和晶化温度对合成SAPO-34分子筛的影响,研究了低硅条件下SAPO-34分子筛的晶化规律。在n(SiO2)∶n(Al2O3)=0.1的低硅体系中合成出了高结晶度的SAPO-34分子筛,发现将晶化温度从200℃降至170℃更有利于低硅条件下SAPO-34分子筛的合成。根据合成结果初步认为,低硅条件下SAPO-34分子筛的合成可能符合低温成核、高温生长机理,并用分段晶化实验加以证实。实验结果表明,在低硅体系下,先在170℃晶化一段时间再在200℃晶化一段时间(总晶化时间48 h),不仅可获得高结晶度SAPO-34分子筛,且能缩短晶化时间;若将分段晶化温度顺序调换,即先在200℃晶化再在170℃晶化,则无法获得纯相SAPO-34分子筛,说明先低温后高温的分段晶化更有利于低硅体系下纯相SAPO-34分子筛的合成。     

水热法快速合成纳米NaY型分子筛

以铝酸钠为铝源,硅溶胶为硅源合成的透明导向剂,在室温陈化6h时,其诱导活性最高。当导向剂用量为质量分数3%(导向剂与晶化液中Al2O3质量比),晶化温度为100℃,晶化液摩尔比为n(Na2O)∶n(Al2O3)∶n(SiO2)∶n(H2O)=8∶1∶15∶220时,晶化4h,即可快速合成出具有较高结晶度的纳米NaY型分子筛。采用XRD、SEM、TEM和BET对其结构进行表征,结果表明,NaY型纳米级分子筛的粒径约150～200nm,且形状均一。     

高温晶化合成NaY分子筛的研究

本文介绍了 NaY 分子筛高温晶化工艺。结果表明,当晶化温度由96℃提高到110℃时,晶化时间可由26小时缩短到16小时左右,所得产品的结晶度略有提高,硅铝比基本相同,没有发现可检出的杂晶;按常规的偏 YT 工艺制成催化剂,经较苛刻的老化处理后,其微活性比96℃晶化的工业产品高4个单位。同时还研究了在 NaY 合成中 P 型杂晶的生成,探讨了高温晶化对晶化速度的影响,并对比了96℃、105℃、110℃及120℃下碱性硅铝水凝胶的晶化动力学过程,测绘出相应的晶化曲线。