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纳米β分子筛制备、改性及催化性能初探

王永睿  
【摘要】: 纳米粒子是指尺度介于1~100nm的粒子。纳米分子筛是纳米材料的一个重要组成部分,它具有如下两个突出特点:(1)具有更大的外表面积,使更多的活性中心得到暴露,有效地消除扩散效应而使催化剂效率得到充分发挥,从而有可能改善对大分子的催化性能;(2)具有更多暴露在外部的孔口,不易被反应沉积物堵塞,有利于延长反应运转周期。因此,近年来,纳米分子筛受到研究者们的重视,显示出诱人的研究前景。 纳米9分子筛也日益受到关注,但仍存在一些缺陷。从合成角度看,存在的问题是:1)晶化时间长,生产效率低;2)模板剂用量大,生产成本高;3)生产流程复杂,无法进行大规模生产。表面浓缩法是石油化工科学研究院发明的采用固体硅胶颗粒合成常规粒度9分子筛的新方法。本论文在表面浓缩法的基础上采用在分段晶化体系中加入添加剂的方法,利用添加剂的空间位垒降低β沸石前身物的高表面能,缩短诱导期,提高成核速率,使分子筛粒度减小为50~60nm。此工艺具有生产成本低,晶化时间短、过程简单等特点,是有工业应用前景的生产方法。对添加剂的研究结果表明,适宜的添加剂为分子量800~1000的聚烷撑醚及与非离子表面活性剂的混合物,含量为Si0_2质量的0.1%~1.0%。 纳米分子筛的热稳定性差和骨架易脱铝是普遍存在和必须解决的问题,这也是纳米β分子筛要克服的一个难点。为改善这一缺陷,本论文提出了一种过渡金属-纳米β分子筛的合成方法:在酸性盐溶液中浸渍解聚的硅胶颗粒,再将改性硅胶加入工作溶液进行表面晶化,合成沸石。本工 纳米p分子筛合成改性及催化性能初探 中文摘要 艺的关键在于硅胶颗粒的改性,适宜条件为 gn=l一’、Naon加入量 1叶 a几、 跟25℃、时问2卜2仇盐溅瞰为8.卜SO.Zg几。表征结果表明,们 &化为 纯 p分子筛,粒度为 7 0七 onm,不但热稳定性提高,而且总酸量及 L酸量、 酸强度得到显著增加。表征结果还证实Ni 以四配位形式与三个骨架氧原 子和一个水分子相连,是使纳米日分子筛物化性质得以改善的主要原因。 在充分了解纳米日分子筛的物性后,本论文对纳米p分子筛及过渡金 属-纳米日分子筛的芳烃烷基化催化性能做了初步的探索。结果表明,在 大分子的十二烷基苯合成中,纳米6分子筛的催化活性和稳定性较大粒度 分子筛有明显改善,过渡金属-纳米日分子筛进一步提高了催化性能;但 在异丙苯合成中,纳米p分子筛的催化活性下降,选择性略有提高,稳定 性没有改变。因此,在大分子反应中,纳米p分子筛较能显示出优良的催 化性能,而且过渡金属-纳米p分子筛进一步改善了纳米p分子筛的催化 性自。 此外,本论文还对p分子筛的nC;咖氢异构化催化性能进行了初步探 索。初步实验结果表明,纳米p分子筛的选择性提高,但催化活性下降; 过渡金属-纳米p分子筛在一定程度上改善了催化活性,异构化产物中2, 5-二甲基已烷为主产物。这表明纳米日分子筛改善了大粒度分子筛的催化 性能,过渡金属-纳米卜分子筛改善了纳米分子筛的催化性能,两者均为 是具有潜在开发价值的新型催化剂。


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