过渡金属负载Silicalite-1分子筛的制备及其催化糠醛加氢性能研究

糠醛是一种重要的生物质平台分子,研发具有高活性和稳定性的糠醛加氢催化剂是当前的研究焦点,但贵金属催化剂的高成本问题使得其难以满足大规模工业生产的需求。利用一步水热法成功地合成了过渡金属负载Silicalite-1分子筛催化剂,并探讨了引入不同类型的过渡金属(如Ni、Co、Cu和Fe)对Silicalite-1分子筛结构产生的影响。研究结果表明:低金属负载量并不会对分子筛结构的形成产生影响,同时金属物种在分子筛载体的表面也能均匀分布。在糠醛的加氢转化过程中,Ni基催化剂S-Ni2展现出优异的糠醛转化能力,糠醛的转化率高达96%,产物呋喃的选择性保持在71%左右。Cu基催化剂S-Cu1表现出优异的糠醇选择性,产物选择性接近100%,这一性能明显优于通过浸渍法制得的铜基催化剂(76%)。因此,与浸渍法相比,采用一步水热法可以获得具有高选择性的催化剂,且该方法简单易操作。本研究为寻找高效、稳定且经济的金属加氢催化剂开辟了新的方向,并促进了生物质资源的高值化应用。

自模板法制备大孔-微孔等级孔TS-1分子筛及其1-己烯环氧化性能

针对等级孔钛硅分子筛TS-1合成方法存在步骤复杂及成本高等难题,使用二氧化硅纳米球同时作为硅源和大孔模板,结合蒸汽辅助结晶方法,通过“硅源溶解-分子筛结晶”过程形成大孔结构,得到大孔-微孔TS-1分子筛。通过调控二氧化硅纳米球的尺寸,可以系统调变大孔直径(100~500 nm)。此外,合成的大孔-微孔TS-1分子筛硅/钛摩尔比可调(30、50、100)。HTS-1-200-30分子筛样品在1-己烯催化环氧化反应中,温度343 K、反应时间6 h条件下1-己烯转化率可达41%,高于微孔TS-1分子筛的催化性能。研究所采用的自模板法使用低成本St9ber法制备二氧化硅纳米球,相较于高成本介孔二氧化硅纳米球,降低了等级孔钛硅分子筛的合成成本,适用于工业大规模生产。

Fe原位改性小晶粒Silicalite-1分子筛催化醛氨缩合性能研究

吡啶及其衍生物统称为吡啶碱,其广泛应用于农药、医药等领域。Chichibabin醛氨缩合反应是目前工业制取吡啶碱最广泛的路线。目前,使用最广泛的ZSM-5分子筛受制于硅铝骨架结构的不稳定性,高活性反应周期较短(5 h),针对这一问题,本研究选用热稳定性、水热稳定性优异的Silicalite-1分子筛,使用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为胶体分散剂,在水热合成分子筛的过程中向骨架中引入Fe,结合XRD、SEM、TG、BET、NH3-TPD、Py-FTIR等表征方法探究了晶化条件对Silicalite-1分子筛结晶度、孔结构和酸性质的影响。实验结果表明,在晶种投入量15%、PVP添加量3.75%时产品相对结晶度达到最高(103%),粒径约为200 nm。改性后的Silicalite-1具有更丰富的酸位点,醛氨缩合反应的初始活性由66%增加至85%,在反应进行15 h后,原料转化率和吡啶碱收率分别保持在66%和40%以上。研究提出的原位改性Silicalite-1分子筛策略极大扩宽了纯硅沸石在酸催化领域的应用,具有显著的科研价值和工业化潜力。

无溶剂快速合成S-1和TS-1分子筛

Silicalite-1(S-1)和Titanium Silicalite-1(TS-1)沸石分子筛因其良好的疏水性、热稳定性和择形性等特点,作为环境友好的绿色催化剂在工业应用上极具优势和价值.采用无溶剂法成功合成了TS-1分子筛,并利用X-射线衍射仪、全自动比表面和孔隙分析仪、紫外可见光谱仪和扫描电镜等表征仪器研究了晶化时间和硅钛摩尔比对所制备TS-1分子筛的物化性质的影响.结果表明,合成的TS-1沸石分子筛具有较高的结晶度和纯度、均一的晶粒大小、高的比表面积和在分子筛骨架中四配位和六配位的钛物种.无溶剂合成TS-1沸石具有低成本、环境友好和高效的优点,研究将为工业上沸石的规模合成提供一定的理论借鉴.

薄片状PtZn@Silicalite-1分子筛的合成及催化丙烷脱氢性能研究

采用水热晶化法,以四甲基胍(TMG)为形貌调控剂,一步合成封装PtZn纳米合金的薄片状Silicalite-1分子筛(PtZn@Silicalite-1)。采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)等技术对样品进行表征分析,并考察了其丙烷脱氢催化性能。结果显示,加入TMG可有效调控Silicalite-1分子筛晶体的生长取向,晶体沿b轴的尺寸与TMG/SiO_(2)的比值呈反比。在550℃和纯丙烷气氛下,片状PtZn@Silicalite-1催化剂表现出优异的丙烷脱氢性能,经过20 h的连续反应,其失活常数仅为0.007 h^(-1),而常规PtZn@Silicalite-1催化剂为0.013 h^(-1)。结合表征结果,薄片状分子筛催化剂具有更大的外比表面积和更短的b轴直通道,这提高了脱氢活性位的可接近性,缩短了气体分子在孔道中的扩散路径,从而提升了催化剂的活性和稳定性。

具有高活性六配位Ti物种的多级孔TS-1分子筛的合成及应用

针对传统微孔TS-1分子筛孔道传输限制以及催化活性低的问题,采用碱腐蚀法制备了3种具有不同孔道结构以及不同钛物种分布的TS-1分子筛催化剂,采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射、N2吸附-脱附等温线、红外光谱、紫外-拉曼光谱、X射线光电子能谱和核磁共振等测试手段对其进行表征,并对其催化苯乙烯氧化反应性能进行评价。结果表明:与单独使用氢氧化钠或四丙基氢氧化铵溶液进行后处理相比,经过四丙基氢氧化铵和乙醇胺混合溶液处理的TS-1分子筛(TS-1-TE)具有最大的外比表面积和介孔体积,有效提高了客体分子的流通扩散效率;同时由于乙醇胺与钛物种的配位作用和四丙基氢氧化铵的重结晶作用,使得从骨架脱出的四配位钛物种能够以单核六配位Ti物种的形式存在于分子筛骨架中,有利于提高催化剂的活性;在温度60℃、压力0.116 MPa、反应时间6 h和催化剂用量50 mg的条件下,TS-1-TE催化剂表现出最高的反应活性,苯乙烯转化率为74.9%,六配位Ti原子转化数为197。

TS-1分子筛研究进程及催化应用

TS-1是一类独特的用于液相选择性氧化反应的分子筛催化剂,在高结晶沸石框架中具有四面体配位Ti^(4+)离子。TS-1/H_(2)O_(2)绿色反应体系已经取得了相当大的突破。TS-1分子筛的催化性能与其拓扑结构、晶体形态、四面体Ti的含量和反应微环境有关。当前石油化工和精细化工等行业对大分子氧化催化剂的需求日益增长,开发催化性能显著提高的新型TS-1的研究成为热点。综述TS-1分子筛近年的研究进展及催化应用。

低模板剂用量下Silicalite-1分子筛中介孔结构的调控及甲醇制丙烯反应性能研究

针对微孔Silicalite-1分子筛扩散阻力和合成成本高的问题,采用晶种诱导法在低模板剂用量(n(TPA^(+)):n(Si)=0.01,TPA^(+)为四丙基铵离子)下合成了多级孔Silicalite-1分子筛。采用XRD、FT-IR和N_(2)吸/脱附等对分子筛进行了表征并研究了其在甲醇制丙烯反应中的催化性能。结果表明,对于一段晶化制备的分子筛,当晶种在合成凝胶中的质量分数为10%,氟化钠与Si的物质的量之比为0.8时所得分子筛(S-1_(10)-0.01-NH_(4)F_(0.8))具有较理想的结构,其介孔孔容为0.120 cm^(3)/g。对于两段晶化制备的分子筛,当低温段晶化时间为6 h,晶种在合成凝胶中的质量分数为10%,尿素与Si的物质的量之比为0.5时所得分子筛(SL-1_(10)-0.01-6-CH_(4)N_(2)O_(0.5))具有较理想的结构,其介孔孔容为0.220 cm^(3)/g。在450℃、甲醇质量空速为5.53 h-1的条件下反应30~40 min,SL-1_(10)-0.01-6-CH_(4)N_(2)O_(0.5)表现出相对较好的催化性能,其丙烯产率为14.65%,m(丙烯):m(乙烯)为4.6,再生周期为2600 min。

高Ti含量TS-1分子筛的合成及其催化性能综合实验研究

设计了探究高Ti含量TS-1分子筛的合成及其催化性能的综合实验,该实验首先通过向钛硅分子筛(TS-1分子筛)的合成体系中加入乙醇来减缓钛源的水解速率,使钛源与硅源水解速率相匹配,从而促进钛(Ti)原子进入分子筛骨架,最终获得高Ti含量的TS-1分子筛,其在催化1-己烯氧化反应中表现出优异的催化性能。该综合实验难度适中,内容新颖,且紧跟分子筛研究领域的前沿,不仅能锻炼学生关于TS-1分子筛催化剂的合成、表征等方面的实验技能,还能增强学生发现问题、分析问题、解决问题的能力,切实体现了科研促进教学的理念。

多级孔TS-1分子筛的制备及催化1-辛烯环氧化性能研究

以P123为辅助试剂,制备了一系列分级孔TS-1分子筛.利用红外、紫外、XRD、BET、ICP等对所得样品进行了表征.对样品在过氧化氢环氧化1-辛烯反应中的催化性能进行了评价.结果表明,所得分级孔TS-1沸石均具有典型的MFI结构,其形貌和结构随P123分子量不同有一定的变化.在优化的反应条件下,用P123(MW=5800)合成的样品可以有效地将1-辛烯转化为相应的环氧化物,相应产率可达56.05%,环氧化物选择性可达59.2%.

制备WO_(3)/TS-1分子筛及催化环戊烯环氧化反应研究

利用湿法浸渍制备了一系列WO_(3)/TS-1分子筛.利用SEM、TEM、XRD、IR、UV-Vis、XPS、BET、ICP等多种分析手段对催化剂的结构、形貌和性质等进行了表征.考察了这一系列分子筛对环戊烯环氧化反应的催化性能,其中以W占分子筛质量分数为4%时浸渍制备的分子筛的催化性能最好.催化剂循环4次后,1,2-环氧环戊烷的选择性和产率保持在68.7%和55.5%左右.

silicalite-1分子筛载体在丙烷脱氢中的应用

以正硅酸乙酯为硅源,合成了具有MFI结构的球形和六方片状silicalite-1全硅分子筛,并将其作为载体制备了负载型催化剂用于丙烷脱氢制丙烯反应;采用SEM、XRD、TEM、N_(2)吸附-脱附、Py-FTIR、NH_(3)-TPD、^(29)Si MAS NMR和H_(2)-TPR等方法对两种分子筛载体及负载型催化剂的结构和表面性质进行表征,研究了不同形貌silicalite-1载体对催化剂性能的影响机制。实验结果表明,球形silicalite-1分子筛载体具有更大的外比表面积和更多的表面硅羟基,进而增强了活性组分与载体间的相互作用,提高了活性金属在载体表面的分散度,因此在丙烷脱氢制丙烯反应中球形silicalite-1载体负载的催化剂具有更高的活性。

多级孔NiMo负载TS-1分子筛催化剂的制备及其加氢脱硫性能

钛硅(TS-1)分子筛的微孔孔道严重限制了其在复杂分子催化转化中的应用,为了克服这一问题,通过酸洗脱、碱刻蚀及二者相结合的方法制备了多级孔TS-1分子筛,并采用等体积共浸渍法制备了相应的NiMo负载型催化剂;使用X射线衍射(XRD)、N2吸附-脱附、吡啶吸附红外光谱(Py-FTIR)、氢气程序升温还原(H_(2)-TPR)、X射线光电子能谱(XPS)和高分辨透射电子显微镜(HR-TEM)等方法对多级孔TS-1分子筛的理化性质进行了表征;以二苯并噻吩(DBT)为探针对催化剂的加氢脱硫(HDS)性能进行了评价。结果表明,和常规TS-1分子筛相比,多级孔TS-1分子筛保持了MFI拓扑结构,比表面积增大且具有介孔结构,分子筛表面形成了适量的Br?nsted酸中心;相应催化剂上活性金属与载体间相互作用得以改善,MoS_(2)片晶长度和堆垛层数适宜,形成了更多的NiMoS活性相;催化剂活性和选择性均有所提升,尤其是酸洗脱获得的NiMo/AT-TS-1催化剂的活性相较未经处理的NiMo/TS-1催化剂提升了1.2倍,直接脱硫(DDS)路径选择性提升了22%。

Ce_(0.8)Cu_(0.2)O_(2)氧载体耦合S-1分子筛对化学链反应性能的影响

在Ce_(0.8)Cu_(0.2)O_(2)氧载体中添加不同质量S-1分子筛,并利用XRD、BET、XPS、SEM、TEM和CH4-TPR&CO_(2)-TPO等表征对氧载体的物化特性和反应性能进行了研究。考察了S-1分子筛添加量对Ce_(0.8)Cu_(0.2)O_(2)氧载体在化学链甲烷重整耦合CO_(2)还原反应中的性能的影响。与单纯的Ce_(0.8)Cu_(0.2)O_(2)氧载体相比,添加了0.3 g S-1分子筛后复合氧载体的比表面积明显增大,从15.44 m^(2)/g提高至73.27 m^(2)/g。同时热稳定性和结构稳定性也得到了很大的改善。添加了0.3 g S-1分子筛的复合氧载体CH4转化率由38.93%提升至56.03%,CO_(2)还原过程中CO产率由1.18 mmol/g增加至2.16 mmol/g。

EU⁃1分子筛的合成及其在正己烷异构化反应中的催化性能

在不同硅铝比(n SiO_(2)/n Al2O_(3))的合成凝胶(含纯硅凝胶)中引入晶种,合成了纯相的EU‐1分子筛。研究了铝源、模板剂和晶种添加量对EU‐1分子筛的结晶度、形貌尺寸等的影响;重点研究了不同硅铝比对样品结晶度、晶粒尺寸、酸性、比表面积和孔容等的影响。将合成结果绘制成了纯相EU‐1分子筛的合成条件三元图,从三元图可看出,晶种法可显著扩大纯相EU‐1分子筛的合成区域。将Pt/H‐EU‐1用于正己烷异构化反应,结果表明,该催化剂具有优异的正己烷异构化活性及稳定性,对异构烷烃有较高的选择性。

钛硅分子筛/地聚物复合微球的制备及其催化性能

以经过聚乙烯亚胺(PEI)修饰后的地聚物微球(GQ)作为载体,采用原位生长的方法,制备了钛硅分子筛/地聚物复合微球(TS-1@GQ)。探讨了PEI浓度对TS-1@GQ催化性能的影响,并运用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)等方法对最佳TS-1@GQ进行表征,同时评价了其催化1-己烯制备1,2-环氧己烷的性能。结果表明,当PEI浓度达到0.003 mol/L时,TS-1@GQ表面的TS-1分子筛负载量(w)可达11.43%。在反应温度25℃下,当TS-1@GQ用量为0.02 g、n(1-己烯)∶n(H_(2)O_(2))为1∶1时,TS-1@GQ对1-己烯的转化率可达13.19%,1,2-环氧己烷的选择性达到95.88%,优于商用TS-1的催化效果。此外,该催化剂还展现出了良好的可循环性。

金属改性对钛硅分子筛TS-1上油酸甲酯环氧化性能的影响

环氧植物油可广泛用作各种化工材料,为提高植物油环氧化催化剂钛硅分子筛TS-1的活性,采用沉淀沉积法制备了系列金属改性的TS-1催化剂(M/TS-1,M为Mn、Fe、Cu、Mg),对其进行了表征,并以油酸甲酯环氧化为探针反应,考察了金属改性对TS-1上油酸甲酯环氧化性能的影响。结果表明:Fe和Cu的引入提高了TS-1的催化活性,但Mg和Mn改性却抑制了油酸甲酯的环氧化,Cu/TS-1催化剂的催化活性最高;结合多种表征结果发现,Cu/TS-1催化剂的高活性归因于Cu的引入有效地改变了Ti活性中心的电子环境,并增加了新的中强酸性位点;Cu/TS-1催化油酸环氧化的最佳工艺条件为反应温度80℃、H_(2)O_(2)与油酸甲酯物质的量比3∶1、油酸甲酯与催化剂质量比10∶1~20∶1;Cu/TS-1重复使用5次后,油酸甲酯转化率和环氧油酸甲酯收率略有降低。综上,采用Cu改性TS-1可显著提高其催化活性,且Cu/TS-1具有良好的再生性能。

无溶剂体系介孔分子筛SBA-15固定化脂肪酶拆分(R,S)-3-氯-1-苯基丙醇

在无溶剂体系中,采用介孔分子筛SBA-15固定化P.fluorescens脂肪酶(PFL)拆分(R,S)-3-氯-1-苯基丙醇.结果表明,在以乙酸乙烯酯为酰基供体、水活度为0.19、温度为60℃、“记忆”pH为7.0的优化条件下反应28 h,酶促拆分转化率(c)达到49.87%,产物对映体过量值(ee_(p))达到98.73%,显示了良好的应用前景.

环己酮肟气相贝克曼重排S-1分子筛催化剂研究

采用水热法合成S-1分子筛,并引入助剂Fe调节分子筛不同硅羟基的比例,经含氮化合物缓冲溶液后处理后获得S-1催化剂;采用X射线衍射、N 2吸附-脱附、傅里叶变换红外光谱、等离子体电感耦合原子发射光谱、扫描电子显微镜等手段对合成分子筛进行表征,进而考察了助剂Fe含量和含氮化合物缓冲溶液后处理对分子筛物化性质及其催化环己酮肟气相贝克曼重排制ε-己内酰胺性能的影响。结果表明:助剂Fe最佳质量分数为254μg g,经过含氮化合物缓冲溶液处理后,合成分子筛的相对硅羟基总量和巢式硅羟基比例显著增加,其催化环己酮肟气相贝克曼重排转化率和己内酰胺选择性最高,分别达到99.9%和95.0%。

钛硅分子筛催化1-戊烯环氧化固定床工艺研究

以成型钛硅分子筛(TS-1)为催化剂、过氧化氢(H_(2)O_(2))为氧化剂,研究TS-1催化剂催化1-戊烯环氧化制环氧戊烷的固定床工艺。考察了反应温度、反应压力、过氧化氢空速、溶剂种类、甲醇与过氧化氢物质的量比、1-戊烯与过氧化氢物质的量比及过氧化氢空速对TS-1催化剂催化活性和选择性的影响。实验结果表明,采用固定床工艺TS-1催化1-戊烯环氧化具有良好的催化活性和产物选择性。反应温度对催化剂稳定性的影响较大,高温反应时催化剂的活性下降快;反应压力对催化剂反应性能的影响较小;甲醇是适宜的TS-1催化1-戊烯环氧化反应的溶剂。在优化工艺条件(35℃、1.5 MPa、过氧化氢空速为0.08 h-1、甲醇与过氧化氢物质的量比为19.9、1-戊烯与过氧化氢物质的量比为1.5~2.0)下,催化连续运行132 h,过氧化氢转化率和环氧戊烷选择性保持在95%以上。通过对使用后的催化剂进行分析,发现1-戊烯环氧化过程中催化剂微孔孔道堵塞是其活性降低的主要原因,非永久性失活,可以通过原位再生处理恢复催化剂的活性。