钛硅分子筛的合成及其简单测试文献综述

 2022-11-29 04:11

文 献 综 述

引言

分子筛是天然沸石的别称,这是由于其天然结晶的结构中存在孔径相当于一般分子大小的孔道结构,而现代学者们利用钛硅元素合成的钛硅分子筛TS-1也具有相似的孔道结构,这种物质同样可以作为分子筛分的工具[1]。 1983 年,Enichem化学公司的Taramasso 等[2]首次报道采用水热合成法制备钛硅分子筛TS-1,其具有MFI拓扑结构,钛原子进入分子筛骨架赋予其独特的选择性催化氧化性能,其与H2O2组成的氧化体系应用于多种烃类氧化反应[3]。钛硅分子筛TS-1成为有机物催化氧化领域的一个里程碑,它将分子筛的应用从传统的酸催化扩展到催化氧化,与传统的催化氧化相比,显著的提高了催化氧化的选择性和收率,并且还具有绿色高效的特点。

1 研究意义

催化氧化脱硝是通过强化氧化方法,将氮氧化物氧化为硝酸根的脱硝方法。该方法目前处于实验开发阶段,具有可同步脱硫脱硝的优点。二氧化氯、臭氧、双氧水等强氧化剂都尝试用于此氧化过程,其中双氧水价格最低但氧化能力最弱。钛硅分子筛TS-1分子筛对H2O2或有机过氧化合物具有独特的吸附活化性能[4],TS-1分子筛的骨架具有疏水性的特点,疏水性使TS-1分子筛的活性中心Ti远离水分子,从而是反应分子更易被活性中心吸附。具研究发现,无论用纯过氧化氢还是过氧化氢水溶液在催化正辛烯环氧化反应中,转化速率几乎没有发生改变,不受到水的影响。所以在该反应中可以使用浓度较低的H202水溶液。TS-1表现了反应条件较温和,对环境无害和高的选择性等优点。对钛硅分子筛TS-1进行进一步研究与改进才能使之在分子筛分、催化氧化等领域获得发展。

2 TS-1制备

目前,钛硅分子筛TS一1的合成方法主要有两种:水热合成法和气固相同晶取代法(又称为二次合成法)。水热合成法是现阶段最常用的合成方法,主要包括制胶和晶化两个步骤,就是将硅源、钛源、模板剂及碱源按一定比例及顺序混合,在晶化釜中晶化一定时间,即可得到TS-1。依据使用Si源、Ti源、模板剂和矿物剂等原料的不同,合成工艺也略有不同[5]。影响合成的因素主要包括:钛硅源的种类及用量、模板剂和矿物剂的种类及用量、原料中K 、Na 离子的浓度、晶种、晶化温度、晶化时间和搅拌条件等。与水热合成法相比,同晶取代法合成步骤较多、重复性较差,但能够有效控制非骨架钛的形成,增加骨架钛的含量[6]。微波合成法近年来颇受关注,微波加热可以使得物体受热均匀,可以缩短分子筛的晶化时间。微波的使用加速了TS-1生长过程以及钛物种状态的改变,使得在较短时间内就可以得到催化性能良好的TS-1[7]

3 国内外研究现状

3.1 国内研究现状

郭新闻等[8]先用0.15 mol/L的TPAOH溶液170℃下水热处理TS-1 2天,然后分别用0.2mol/L的LiOH、NaOH、KOH、CsOH溶液进行处理。结果显示:改性后TS-1的MFI结构依然保持完整,非骨架钛得以去除,Ti/Si摩尔比增大。改性后新生成的大微孔和介孔结构并未造成TS-1结构松散,反而骨架钛连接的更加紧密,这有利于TS-1催化性能的提升。左轶等[9]利用几种碱性物质(如TPAOH、TBAOH等)在不同条件下对小颗粒的TS-1进行了改性研究。TS-1骨架在碱性环境下随机溶解的同时在模板剂的存在下重结晶。TPA 离子的存在能够促进分子筛沿着a轴方向生长,而TBA 则更倾向于促进TS-1颗粒沿着b轴方向生长。林民[10]按照钛硅分子筛:含硅化合物∶保护剂∶碱源∶还原剂∶贵金属源∶水=100∶(0.005~1.0)∶(0.000 1~5.0)∶(0.005~5.0)∶(0.005~10.0)∶(0.005~10.0)∶(500~10 000)的比例进行混合,混合物移至反应釜中水热处理得到相应的样品。此方法提高了TS-1的钛含量,分子筛表面孔口处覆盖有惰性硅,减少了在孔口处生成副产物的几率。研究结果表明:贵金属与钛硅分子筛之间具有协同作用,促进了TS-1的氧化活性、稳定性和目的产物选择性的提高。栗垚[11]通过一次结晶法和二次结晶法将金属锆掺杂进入TS-1分子筛中,但锆的加入会阻碍钛进入骨架中且锆氧化物造成双氧水的无效分解,其收率低于未负载Zr的TS-1,并不是所有金属进入TS-1骨架后都会对TS-1的催化性能有积极影响。李钢[12]发明了一种用金属离子改性TS-1催化汽油氧化脱硫法脱硫的方法。其方法采用浸渍法将Ag 和Cu 负载量在钛硅分子筛上,金属离子负载量0.001% ~ 10 %之间,选择性氧化脱除汽油的硫化物,脱除效果明显,硫含量从384.7mu;g/g降至117.3mu;g/g。此方法操作简单,并且催化剂易回收,具有较好的应用前景。

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