无溶剂合成介孔硅铝催化材料

Synthesis of mesoporous materials in the absence of solvents is of great importance due to the increasing the efficieny, reducing the safety threat in the process as well as the damage to the environmental, which can be regarded as the green routes. We have reported the "solvent-free" synthesis of mesoporous aluminophosphates and heteroatom-substituted aluminophosphates from a mixture of raw materials. However, synthesis of mesoporous aluminosilicates have not been reported yet..Notably， it is more difficult to prepare mesoporous aluminosilicates in the absence of solvents than aluminophosphates.The starting materials for aluminophosphates can be formed and condensed via acid-alkali reactions, which can not work in the case of aluminosilicates. Silica source have to be hydrolyzed before condensation, which is much difficult in the absence of solvents.. In this project,we would like to prepare mesoporous aluminosilicates and heteroatom-substituted aluminosilicates in the absence of solvents based on the understanding the diffusion and condensation mechanism of solid inorganic materials in the absence of solvents. Furthermore, stability of these mesoporous materials and catalytic performance in acidic catalysis and oxidation of olefins would be systemically investigated.

无溶剂条件下合成介孔催化材料能够最大限度提高生产效率、降低安全隐患和环境污染，从而达到降低生产成本的目的，是典型的绿色路线。尽管我们已经在无溶剂条件下合成了介孔磷酸铝材料，然而介孔硅铝材料的无溶剂合成还没有被报道。这是由于合成磷酸铝的起始原料可以通过酸碱反应实现缩聚，而硅铝材料必须通过硅源的水解实现缩聚，而在无溶剂的条件下，硅源的水解聚合是非常困难的。在本项目中，我们在深刻理解无机物种在无溶剂的条件下分散和水解缩聚机理的基础上，尝试在无溶剂条件下合成系列介孔硅铝材料，研究其稳定性和酸催化性能；在成功合成硅铝材料的基础上，把过渡金属杂原子(Co,Fe和Cr等)引入到介孔骨架中，选择烯烃的氧化为模型反应，系统研究含杂原子介孔硅基材料的催化性能。

上世纪八十年代，Wilson与 Flanigen在水热体系中成功开发出了一个全新的微孔分子筛体系—磷酸铝分子筛(AlPO4-n)家族，并使许多元素部分取代骨架内的磷和铝，合成出大量的SAPO-n等系列分子筛，目前很多已广泛应用于工业生产上。例如，SAPO-34是工业上常用的甲醇制低碳烯烃催化剂，SAPO-11是低碳烷烃及烯烃的骨架异构化、催化裂化和异构脱蜡等的工业催化剂，SAPO-5是烷基化反应的常用催化剂。然而现在工业上主要是采用水热法合成这些分子筛，合成过程中不仅需要大量的水和溶剂，且会产生大量的废水，对环境造成了很大的污染。在能源与环境问题日趋严重的今天，开发绿色、简便、廉价的新型分子筛合成路线就有着极其重要的意义。我们在前期的研究基础上，使用无溶剂方法成功制备了CHA、AEL、AFI等结构的磷酸铝分子筛，该法不仅避免了大量废水的产生，节约能源，也极大程度地降低了釜内自生压力，提高了分子筛合成的安全系数。..以白炭黑、薄水铝石、磷酸二氢铵和吗啡啉为硅源、铝源、磷源和模板剂，成功合成SAPO-34分子筛，通过XRD，SEM，固体核磁，N2等温吸附脱附测试，ICP等分析表征，表明合成的样品具有良好的结晶度、较大的比表面积以及多级孔结构。催化结果表明无溶剂合成的SAPO-34分子筛具有与常规的SAPO-34相类似的酸性和催化性能，同时该样品在MTO催化反应中显示出比常规SAPO-34更高的丙烯和丁烯选择性。白炭黑、薄水铝石和二正丙胺磷酸盐为硅源、铝源和磷源(模板剂)，成功合成SAPO-11分子筛，通过XRD，SEM，固体核磁，N2等温吸附脱附测试，ICP等分析表征，表明合成的样品具有良好的结晶度和较大的比表面积。同时，通过加入金属盐类可成功将杂原子掺入到分子筛骨架内。..作为空气污染物的主要成分之一，挥发性有机物 (Volatile Organic Compounds, VOCs) 对人体健康和环境都造成了巨大的危害。消除VOCs的方法众多，其中以催化燃烧最有效、最可行，尤其是在较低温下消除较低浓度的VOCs。沸石分子筛负载Pt的催化剂因为兼具沸石分子筛和贵金属的双重优势，被认为是VOCs消除最为有效的催化剂之一。我们研究了一系列沸石分子筛负载Pt催化剂上的甲苯催化燃烧反应性能，并考察了沸石分子筛的介孔结构、阳离子、硅铝比和Pt纳米粒子的尺寸等因素的影响。