具有介孔结构的沸石催化材料

沸石晶体催化材料广泛地应用于石油炼制的催化过程中,但是随着原油中重油含量的增加,越来越要求制备具有介孔结构的新型材料以增加它们的传质作用.在1992年,人们成功地制备出有序介孔结构材料,但是它们仍然不能广泛地应用于工业中.最近,人们尝试采用碳模板技术制备具有介孔结构的沸石晶体,并初步取得了成功.但是这些材料的制备步骤复杂,其介孔结构多为孔穴型,介孔孔道并不能很通畅地到达沸石晶体的表面,对于传质作用的增加仍然不足.在简单地总结了前人制备具有介孔结构的沸石晶体基础上,笔者介绍了一种新路线,就是在合成沸石晶体的过程中,加入阳离子高分子聚合物模板,经过高温焙烧后,在沸石晶体中形成新颖的介孔结构.和传统的沸石晶体材料相比较,这些新颖介孔结构的沸石晶体具有优异的催化性能.     

具有MWW结构的MCM-22沸石的合成研究

研究了合成条件对MCM-22沸石结构的影响.实验结果表明,提高碱含量和降低硅铝比会使层间缩合,倾向于形成结构紧密规整的MCM-49沸石;而缩短晶化时间则倾向于形成层间结构更加无序的MCM-56沸石;提高硅铝比和延长晶化时间会使合成的MCM-22沸石的层间结构更加规整有序.催化性能研究结果表明,在优化条件下合成的MCM-22沸石催化剂,对苯和乙烯的液相烷基化反应具有良好的催化性能.     

BETA和MCM-22沸石在丙烯与苯烷基化反应中的催化性能

以六亚甲基亚胺为模板剂，采用动态晶化水热法合成了：MCM-22沸石，并对其进行了物相表征。采用XRD、TG、FT-IR等手段测定了BETA及：MCM-22沸石的孔结构和酸性质，还考察了它们的活性、稳定性以及对产物的选择性。结果表明，催化剂的活性和稳定性与催化剂的酸性和孔结构有密切关系。BETA沸石比MCM-22沸石的初始活性高、稳定性低。在相同的反应条件下，就催化反应的产物中目的产物异丙苯(以丙烯为基准计)的选择性而言，MCM-22沸石比BETA沸石低1％～2％；就正丙苯的含量而言，MCM-22沸石比BETA沸石低3～4倍。     

利用废沸石催化剂组装介孔材料的研究

针对废催化剂的回收利用问题,提出一种废沸石催化剂再利用的新方法,即以废沸石催化剂的碱处理母液为硅铝源,在表面活性剂胶束的模板作用下组装出孔壁含有沸石结构单元的介孔结构材料。进而以不同硅铝摩尔比的结晶度差的废β沸石催化剂为模型原料,示范了利用该方法组装孔结构与SBA-15分子筛相同的介孔结构材料的过程,并利用红外光谱、氮吸附表征和重芳烃的加氢脱烷基催化反应验证了该方法合成的介孔结构材料的孔壁中含有沸石结构单元。     

分级结构介孔-大孔材料及其实际应用

介绍了具有分级结构的大孔-介孔材料的合成方法(包括双模板法、单一表面活性剂/无模板剂一步合成法和生物模板法)及其实际应用。分级结构的介孔-大孔材料具有内部相互连通的孔道结构,与具有单一孔径的材料相比,分级孔结构的材料不但更有利于反应物分子的扩散,还能保持大比表面积和一定的孔道尺寸,因此在水中污染物的吸附分离、催化剂和催化剂载体、太阳能转化利用、电化学催化及药物的传输和缓释等方面具有广泛的应用。     

MCM-49、MCM-22的合成及其歧化性能研究

以六亚甲基亚胺为模板剂动态合成出了MCM-49和MCM-22,采用XRD、NH3-TPD等方法进行了表征,考察了H-MCM-49,H-MCM-22和H-ZSM-5在甲苯歧化反应中的催化性能.结果表明,H-MCM-49酸强度比H-ZSM-5弱,总的酸量与其相当,但是在甲苯歧化反应中体现了比HZSM-5分子筛高得多的活性,甲苯转化率高,能得到高收率的苯和对二甲苯.     

Al-SBA-15介孔材料的合成及其催化性能研究

在酸性条件下合成了一系列不同硅铝比的Al-SBA-15介孔材料,并对其结构及酸性进行了表征.研究了其在2,4-二叔丁基苯酚的付克烷基化反应中的活性.Al-SBA-15具有中等酸强度的酸性,在该反应中具有较高的活性及选择性.     

双模板条件下介孔结构ZSM-5沸石的合成

在具有介观大小的聚乙烯醇水溶性高分子模板(PVA)和小分子有机铵四乙基溴化铵(TPABr)共同存在条件下,合成了具有介孔结构的ZSM-5沸石晶体,合成产物通过XRD、N2吸附-脱附、SEM、FT-IR和DTG等手段进行了表征.结果表明,双模板条件下合成的ZSM-5沸石晶体比常规采用小分子四乙基溴化铵单模板合成样品含有更多的介孔,且合成体系中随PVA加入量的增多,样品所包含的介孔率增加.介孔的形成可能是由于沸石的溶胶对高分子物质PVA产生吸附并将其包裹进胶粒中,经过高温焙烧除去PVA后的结果.与传统的沸石晶体材料相比,这些发达的介孔结构可大大提高其大分子的可接近性.     

介孔分子筛MCM-41的合成及其催化噻吩与异丁烯烷基化反应性能

采用水热合成法制得不同硅铝比的介孔分子筛MCM - 41 ,并通过XRD ,BET ,NH3 -TPD方法对催化剂进行了表征 ,结果表明 ,弱酸性介孔分子筛HMCM - 41具有较高的相对结晶度、较大的比表面积、孔径和酸量。同时 ,不同焙烧方式对催化剂相对结晶度及比表面积影响较大 ,N2 气氛焙烧有利于保护介孔分子筛MCM - 41的骨架完整 ,提高其相对结晶度。以噻吩为模型化合物 ,异丁烯为烷基化剂 ,对HMCM - 41分子筛催化噻吩与异丁烯的烷基化反应性能进行了考察。在反应温度 80℃、常压、进料气体 (异丁烯 /N2 摩尔比为 1 /1 )流量 5ml/min、WHSV =2 33h- 1的条件下 ,噻吩转化率高达 95%以上     

不同有机结构导向剂合成MCM-22分子筛及其催化性能

分别以六亚甲基亚胺(HMI)、哌啶(PI)和高哌嗪(HPZ)为有机结构导向剂(OSDA)水热晶化法合成了MCM-22分子筛,采用XRD、SEM、N₂吸附-脱附等分析方法对合成的MCM-22分子筛进行表征,利用苯与乙烯液相烷基化制乙苯反应和1,3,5-三异丙苯裂解反应考察了MCM-22分子筛的催化性能。实验结果表明,采用HMI、PI及HPZ三种OSDA均能合成高结晶度的MCM-22分子筛,其中,以PI和HMI为OSDA合成的MCM-22分子筛具有较好的催化性能,PI可用作MCM-22分子筛合成的备选OSDA,但需要严格控制原料组成及晶化条件;以HPZ合成的MCM-22分子筛催化性能不理想。     

硅源对MCM-22分子筛合成及甲苯歧化催化性能的影响

以六亚甲基亚胺(HMI)为模板剂,考察了硅源(硅溶胶和硅酸钠)对静态水热合成MCM-22分子筛合成的影响,采用XRD、SEM、NH3-TPD和FT-IR等手段对所合成的MCM-22分子筛进行了表征.结果表明,不加晶种时,两种硅源均能合成高结晶度的纯MCM-22分子筛.用硅溶胶作硅源时,氢型MCM-22的强酸量略大,且所需的晶化时间短,形貌为球形;采用硅酸钠为硅源时,MCM-22呈现牡丹花状.晶种的加入可缩短晶化时间,所得样品形貌均为牡丹花状.甲苯择形歧化催化性能研究表明,采用硅溶胶为硅源时H-MCM-22具有更高的初活性与对位选择性.     

极浓体系下MCM-22分子筛的静态合成

在极低的n(H2O)/n(SiO2)条件下成功地合成了纯相、高结晶度的MCM-22分子筛.具体的合成条件为n(HMI)/n(SiO2)为0.08～0.6,n(H2O)/n(SiO2)为5～10,n(SiO2)/n(Al2O3)为30～80.该合成体系为典型的极浓体系.与n(H2O)/n(SiO2)=35条件下合成的MCM-22分子筛相比,低n(H2O)/n(SiO2)极浓体系条件下合成的MCM-22分子筛具有更高的结晶度,且其比表面积和孔容均有所增加.极浓体系下合成的MCM-22分子筛大大降低了HMI和NaOH的用量,这不仅有利于降低MCM-22的合成成本,而且可减少对环境的污染.     

氧化物改性MCM-22上甲苯与甲醇的烷基化性能研究

 用动态水热法合成了MCM-22分子筛，以混合稀土、乙酸镁、硅酯等为改性剂，采用浸渍法对其进行了改性。采用NH3-TPD、IR等表征了改性前后催化剂的酸性，考察了改性MCM-22分子筛上甲苯与甲醇烷基化合成对二甲苯的反应性能。结果表明，H型MCM-22分子筛在该反应中具有很高的催化活性，但是对二甲苯和二甲苯的选择性都比较低。经过混合稀土、醋酸镁改性之后，对二甲苯的选择性达到62.61%，催化剂综合性能明显提高。     

改性MCM-22分子筛催化长链烯烃对苯烷基化反应的研究

采用水热静态晶化法合成了MCM-22分子筛,考察不同原料配比对合成的影响,并用X射线衍射、N_2等温吸附和NH_3-TPD等方法对其进行了表征,并对MCM-22分子筛进行改性,考察其改性前后对苯和长链烯烃烷基化反应的催化活性。改性后催化剂Ni-JC-4(A)-0.001和JC-4(B1)对烯烃的转化率分别为94.84%和92.97%;对烷基苯的选择性分别为98.85%和99.02%,使用寿命分别达到27 h和37 h以上。实验表明,用1 mmol/L NiSO_4交换改性的催化剂和加入大孔Al_2O_3改性后的催化剂均具有较高的催化活性,使用寿命得到提高。     

MCM-22分子筛的甲醇制丙烯反应催化性能

目前丙烯市场供不应求,加上制备丙烯是以石油为原料,石油紧缺和价格大幅度上涨使得以煤为原料的甲醇制丙烯(MTP)研究变得格外重要.MCM-22分子筛具有独特的结构特征,与通用的SAPO-34(MTO)和HZSM-5(MTP)分子筛不同,在MTP反应中丙烯选择性初始时为零,随着反应时间的增加,积炭逐渐增加,覆盖了部分酸性中心,同时对孔道有一定的修饰作用,因而使得丙烯选择性逐渐增加,并且在反应6 h后达到稳定值23%.通过负载P可以有效调变HMCM-22分子筛的酸性,使其丙烯选择性明显提高,负载2.5%P的HMCM-22在反应初始阶段丙烯选择性可以达到22%,并且随反应时间的延长逐渐升高,在反应4 h后其丙烯选择性可以稳定在34%以上.同时,P的负载还可以有效抑制反应中积炭的生成.     

含介孔结构Y型分子筛的制备及其在催化裂化反应中的应用

釆用水热法分别以三嵌段聚合物（F127）和表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）为模板剂制备含有介孔结构的Y型分子筛,利用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、N2吸附-脱附和氨气程序升温脱附等技术对分子筛进行表征。以水热处理后的超稳Y（USY）分子筛为原料合成催化剂,考察多级孔结构Y型分子筛对轻柴油催化裂化性能的影响。X射线衍射和扫描电镜结果表明,合成过程中模板剂的加入对Y型分子筛的结构和形貌没有影响。N2吸附-脱附和酸性分析结果表明,模板法合成的USY分子筛较常规USY分子筛的介孔孔体积和总酸量增大。由于孔道结构和酸性的双重影响,模板法合成催化剂的催化裂化性能高于常规方法合成催化剂的催化裂化性能。催化裂化反应结果表明,以F127为模板剂合成的F-MCAT样品表现出较好的催化性能,其微反活性比未加模板剂的催化剂样品高3.89百分点。     

由β分子筛纳米簇组装的介孔分子筛及其表征

采用两步水热合成法分别制备六方相和立方相的介孔分子筛：首先合成含有口微孔分子筛的初级和次级结构单元的纳米簇，然后分别在碱性介质中与模板剂CTABr组装，通过优化合成条件分别制备出六方相Mβ-41介孔分子筛和立方相Mβ-48介孔分子筛。采用XRD、FT—IR、BET、TG-DTA、SEM、TEM、^27Al NMR和^29Si NMR等表征手段对所得的介孔材料进行了表征。考察了所得的介孔材料的热稳定性、水热稳定性以及酸性。结果表明，用两步法制备的介孔分子筛具有较强的酸性和较好的水热稳定性。分析结果表明，用该方法制备的介孔材料含有β微孔分子筛次级结构单元，这对其稳定性和酸性的提高起了很大作用。     

可磁性分离的介孔分子筛MCM-41的合成及其表征

为了解决粉体介孔分子筛MCM-41在实际应用中的分离回收问题,将介孔分子筛材料与磁性纳米粒子相结合制备介孔磁性材料成为研究的热点.笔者在采用水热法制备MCM-41分子筛的过程中,加入磁性纳米NiFe2O4,粒子,合成了NiFe2O4含量不同的磁性MCM-41分子筛.并对制备的磁性MCM-41进行了XRD、TEM、N2吸附脱附、磁滞回线等分析.合成的磁性MCM-41材料在室温下显示良好的超顺磁特性,且其磁化率随NiFe2O4含量的增加而增大.     

MgO/MCM-22催化苯与草酸二乙酯烷基化合成乙苯的研究

实验以MgO/MCM-22为催化剂,在气相连续流动固定床反应器上催化苯与草酸二乙酯(DEO)烷基化,合成乙苯(EB)。考察了MgO负载量变化和工艺条件的影响。以硝酸镁为前驱体通过等体积浸渍法制备了MgO/MCM-22催化剂,并以低温N_2吸附脱附、X射线衍射、NH_3-TPD、吡啶吸附IR等,对催化剂进行了表征。实验结果表明:随MgO负载量的增加,苯的转化率逐渐下降,而乙苯的选择性明显提高,这主要是由于负载MgO后催化剂的酸性位数量下降引起的。以MCM-22为催化剂,在最佳反应条件下:温度653 K,空速为2 h~(-1),原料配比n(苯):n(DEO)=4:1,苯的转化率为37.5%,乙苯选择性为80.3%。