碳氢燃料单分散纳米分子筛的可控制备与拟均相催化性能

拟均相催化裂解技术是高超声速飞行器主动冷却用碳氢燃料可控吸热反应的新途径。制备碳氢燃料单分散纳米分子筛是实现该技术途径的关键。本项目期望在纳米分子筛晶核表面接枝烷基保护剂，限制晶核生长和提高"亲油"性，制备出高活性的、碳氢燃料单分散纳米分子筛晶粒。内容包括：选用Hβ分子筛为探针，建立有机相单分散烷基保护纳米晶核原位水热晶化合成纳米分子筛的方法；通过改变纳米晶核尺寸和烷基保护剂及其用量，研究纳米β分子筛在碳氢燃料中分散行为的调控机制；用有机酸溶液萃取模板剂和原位酸交换，调变纳米Hβ分子筛酸性的方法；选用正十二烷为模型燃料，研究单分散纳米Hβ分子筛的拟均相催化裂解反应性能及影响因素。本项目着力解决纳米晶粒尺寸控制、表面修饰和单分散等制备碳氢燃料单分散纳米分子筛的关键问题，阐明纳米分子筛分散性和催化活性的调控机制，为碳氢燃料拟均相催化裂解技术的应用奠定基础，具有重要的理论意义和应用价值。

分子筛涂层作为吸热碳氢燃料催化剂传热阻力大，还易结焦失活导致活性急剧下降，无法满足长时间飞行冷却要求。在换热通道内发生“拟均相”催化裂解反应可显著提高反应速率和抑制结焦，本项目重点在解决碳氢燃料稳定分散催化体系的合成与应用中的关键问题，主要研究成果如下：首先，利用PHAPTMS对晶核的保护作用，合成了能够稳定分散于碳氢燃料中的50-100nm的纳米分子筛团聚体。进一步结合多种分析方法，研究了分子筛晶体的形成与生长机理：合成液中硅低聚物发生自组装依次形成初始颗粒二次颗粒，三次颗粒。以此为基础，通过在不同晶化阶段加入烷基保护试剂，制备了粒径可控的“可溶”纳米beta分子筛。为了提高其接枝效率，抑制有机硅烷水解，提出了两相法合成“可溶”纳米Beta分子筛的新思路。结果表明，两相法合成的拟均相催化剂具有更优异的JP-10催化裂解性能，热沉值由2600 kJ/kg提高到2800 kJ/g。最后，提出了采用阳离子聚合物PDDA和CTAB为介孔模板剂，合成了含有晶内介孔的级孔beta分子筛和高结晶度的beta/MCM-41复合材料的研究思路。