單晶胞納米層MFI催化劑的合成探索與性能測試.pdf

1、隨著液相及大分子反應(yīng)在精細(xì)化工反應(yīng)中的增多，普通分子篩由于其擴(kuò)散阻力較大，孔道狹窄，影響其在某些要求擴(kuò)散阻力小的催化反應(yīng)中的應(yīng)用。納米分子篩具有較高的晶內(nèi)擴(kuò)散速率和比較大的比表面積，在增強(qiáng)大分子轉(zhuǎn)化能力、提高催化劑的利用率以及選擇性、減小深度反應(yīng)和降低催化結(jié)焦失活等方面均表現(xiàn)出優(yōu)越的性能?，F(xiàn)階段合成納米分子篩晶體，主要是分層剝離分子篩和通過模板劑或脫金屬處理將中孔引入到微孔材料，從而實(shí)現(xiàn)降低分子篩晶體的厚度。但是除了剝離分子篩，這些方法

2、中沒有一種能生成厚度低于5nm的超薄分子篩。合成的典型納米分子篩厚度通常在5nm到10nm，要合成厚度低于5nm的納米分子篩比較困難。原則上，如果晶體的厚度降低到一個(gè)單晶胞的層面，分子篩將表現(xiàn)為最大限度的分子擴(kuò)散。盡管這些超薄分子篩很容易想象，但他們的實(shí)際合成是非常困難的。
　　 本論文設(shè)計(jì)并合成了一種雙烷基雙季銨鹽陽離子表面活性劑，探索其合成的最佳條件，最終使其頭部的二銨基團(tuán)充當(dāng)MFI分子篩的有效結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，而長鏈之間互相作用

3、的疏水基誘導(dǎo)中尺度膠束的形成。經(jīng)動(dòng)態(tài)結(jié)晶和優(yōu)化反應(yīng)條件來合成單晶胞納米層MFI分子篩(簡稱SUCNS MFI)。合成的粒徑為2nm左右的單晶胞層狀MFI沸石材料，這種材料具有粒徑小，孔道短，內(nèi)擴(kuò)散阻力小，有較大的外比表面積，具有較強(qiáng)的吸附能力，能有效提高催化反應(yīng)的活性并保留了常規(guī)MFI分子篩的大量優(yōu)點(diǎn)。分子篩表面大量的酸作用點(diǎn)使得有機(jī)大分子的催化活性提高，在選擇性催化還原消除NOx中表現(xiàn)出優(yōu)良的催化活性。通過原位合成的方法成功制備雜化了

4、Fe、Mo過渡金屬元素的單晶胞納米層MFI分子篩催化劑。對制備的新型Gemini表面活性劑、單晶胞納米層MFI分子篩、原位合成含過渡金屬元素單晶胞納米層MFI分子篩的體相結(jié)構(gòu)、物性進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)測試和表征研究。本論文主要結(jié)論如下：
　　 (1)對于新型Gemini雙烷基雙季銨鹽陽離子表面活性劑的合成，我們得出最佳的反應(yīng)條件為：反應(yīng)溫度為90℃，反應(yīng)時(shí)間為10h，1-溴代十八烷與N，N，N’，N’-四甲基-1，6-己二胺原料配比為1

5、:5。熱重分析(DTG)結(jié)果表明C18-6-6Br2的熱解溫度在200℃左右。紅外光譜分析(IR)結(jié)果表明烷基季銨鹽表面活性劑被成功合成了。
　　 (2)單晶胞納米層MFI分子篩得出較優(yōu)的合成條件為：反應(yīng)溫度為150℃，反應(yīng)時(shí)間為5天。在這個(gè)反應(yīng)條件下單晶胞納米層MFI分子篩具有較理想的結(jié)晶度。根據(jù)掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)照片可知，NSUCH MFI分子篩由100nm大小的粒子形成，它們是2nm的粒子組

6、合包裝起來的，盡管它們的宏觀粒子表現(xiàn)出較低的特定形狀，但是組成宏觀晶體的微小粒子在TEM圖片中是清晰可見的。相鄰的納米顆粒晶體表現(xiàn)出相同的結(jié)晶取向，表示它們之間有著一定程度的共生。由低溫N2吸附結(jié)果可知，單晶胞納米層MFI分子篩具有高的BET比表面積和吸附脫附性能，它的外表面積占了所有比表面積的50％以上。同時(shí)該分子篩還含有大量微孔結(jié)構(gòu)，孔徑分布主要在2-6納米之間。
　　 采用氮氧化物的催化凈化來評估分子篩的催化性能，其結(jié)果表

7、明，單晶胞納米層MFI分子篩有著很好的去除氮氧化物的催化性能，特別是在低溫階段有著顯著的效果，在350℃時(shí)氮氧化物的轉(zhuǎn)化率達(dá)到了100％。
　　 (3)通過原位合成的方法制備雜化了Fe、Mo過渡金屬元素的新型層狀納米MFI分子篩催化劑。我們得出較優(yōu)的金屬元素含量為：Si/Fe比為n(Si)：n(Fe)=50:1；Si/Mo比為n(Si)：n(Mo)=50:1。在這個(gè)比例條件下金屬元素改性NSUCH MFI分子篩具有較理想的結(jié)晶度

8、。
　　 氮氧化物的催化凈化來評估分子篩的催化性能結(jié)果表明：原位合成NSUCH Fe-MFI有著很好的去除氮氧化物的催化性能，在250℃～450℃溫度階段有著顯著的效果，350℃時(shí)氮氧化物的轉(zhuǎn)化率達(dá)到了100％；雖然以Mo為活性組分催化氧化氮氧化物整體活性不是特別理想，但是原位合成的NSUCH Mo-MFI催化效果還是要高于傳統(tǒng)的MFI型分子篩。
　　 根據(jù)掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)照片：原位合成