中微双孔分子筛的结构建模及构效关系研究

中微双孔分子筛是一类重要的新型多级孔复合材料，但其孔道结构的复杂性和现阶段微尺度表征技术的局限性极大地制约了人们对其微观结构特性、形成机理等的认识，进而严重影响到其实用化。本项目建议建立准确的中微双孔分子筛原子级结构模型，研究孔壁晶化程度、表面粗糙程度、酸中心分布等结构因素对其水热稳定性、酸性强度的影响，为实用化提供微观层面上的结构信息；采用介观动力学（MesoDyn）和耗散粒子动力学（DPD）方法研究中微双孔分子筛形成过程的介观相行为，揭示其形成机理，实现材料的结构控制合成；并以燃油中的二苯并噻吩、4，6二甲基二苯并噻吩等大分子硫化物的加氢脱除为目标开展构-效关系研究，实现对中微双孔分子筛的结构与吸附、催化性能之间关系的基础性理解。项目成果可提供一套从模拟和实验的双重角度来探索中微双孔分子筛结构、构-效关系的理论和方法，从而推动中微双孔分子筛的实用化进程，具有重要的科学意义和实用化背景。

本项目设计合成了一系列季铵盐表面活性剂，这些表面活性剂的憎水端为长链烷基，而亲水端由季铵盐基团组成，亲水的季铵盐基团可以和沸石合成液中的前驱体相互作用引导沸石的晶化，而长链烷基聚集填充在沸石骨架中导致了介孔的形成。利用这些特殊设计的表面活性剂和有机硅烷作为模板分别成功地制备出了多级孔ZSM-5、Beta和Y型沸石分子筛，并研究了它们的结构性能。醇醛缩合和酯化反应表明制备的多级孔沸石有较高的催化活性和较长的使用寿命。.本项目创新性地使用Material studio软件构建了多级孔ZSM-5沸石的原子结构模型，采用分子力学方法对所构建的模型进行了优化及验证。利用模特卡罗方法研究了甲苯和苯 VOC 分子在模型中的吸附，揭示了甲苯和苯气体在多级孔 ZSM-5 沸石分子筛中的吸附行为。.本项目创新性地采用耗散粒子动力学(DPD)方法研究了模板剂的致孔机理。首先建立了表面活性剂,TEOS和水的粗粒化模型，然后模拟了由表面活性剂,TEOS 和水组成的沸石前驱液的自组装过程，模拟结果表明该自组装体系可以形成球形状胶束相，憎水的烷基部分组成了胶束的核而亲水的季铵基部分和TEOS一起组成了胶束的壳。在一定剪切力作用下，这些球形胶束可以转变为规则排列的圆柱状胶束相。这些规则排列的胶束相结构最终引导了多级孔沸石结构的形成。.本项目创新性地将紫外和酸萃取结合使用在不破坏片层分子筛表面硅醇基的情况下成功移除了沸石骨架中的模板剂，然后再在移除模板剂的沸石样品中插入BTEB (bis(triethoxysilyl)benzene)分子，BTEB 分子和片层沸石表面的硅醇基相互作用形成了共价键，最后通过氨化作用在 BTEB 分子中嫁接入胺基，形成了酸碱双功能催化剂。Acetal hydrolysis‒Knoevenagel缩合串联反应表明本论文中制备的双功能杂化材料相比于普通沸石表现出了优异的催化活性，且产物的产率比较高。.本项目中发展的制备多级孔沸石以及酸碱双功能催化剂的方法可以应用到其它多级孔材料和杂化材料相比于普通沸石表现出了优异的催化活性，且产物的产率比较高。.本论文中发展的制备多级孔沸石以及酸碱双功能催化剂的方法可以应用到其它多级孔材料和杂化材料的制备中，得到的多级孔沸石和酸碱双功能催化剂因其具有优良的性能，期望可以作为一种潜在的先进材料被应用于化工、医药、航空航天等领域。