Ti-MWW钛硅分子筛的后处理改性、表征及催化性能

Ti-MWW钛硅分子筛的后处理改性、表征及催化性能
【摘要】：本论文以新一代钛硅分子筛Ti-MWW的后处理改性及催化性能为主线,研究提高Ti-MWW催化活性的新方法,及其液相催化氧化烯烃化合物的催化性能,尤其探索Ti-MWW应用到生产环氧氯丙烷这类大宗化学品的反应过程的可能性。

第一部分基于MWW分子筛层状前驱体晶体结构具有可塑性的特点,采用有机硅试剂与Ti-MWW 分子筛前驱体在高温下作用,有机硅烷进入层间,与层间的自由硅羟基发生反应,经过高温焙烧,MWW分子筛前驱体层间脱水缩合被人为阻止,得到了层间为12元环的大孔道分子筛IEZ-Ti-MWW。

详细考察了不同Si/Ti比的Ti-MWW层状前驱体、硅烷化试剂用量、硝酸浓度、硅烷化试剂类型等因素的影响。

这种大孔道分子筛既保持了MWW 分子筛的基本结构单元,又兼备了反应物易接近的大反应空间结构特点,因此,不论对环状烯烃还是对直链烯烃,都显示出良好的催化性能,尤其对大分子反应物环己烯的环氧化反应表现出很高的转化数(TON)。

第二部分,为了提高Ti-MWW的疏水性和催化活性,用胺溶液对具有三维(3D)结构的MWW分子筛进行了后处理改性。

当采用哌啶(PI)或者六亚甲基亚胺(HMI)的胺溶液在一定温度下二次晶化的过程中,3D结构材料转向了二维(2D)层状结构,进一步焙烧又将2D层状结构可逆转化到3D晶体结构,而且这种可逆结构转换仅发生在PI或者HMI存在的情况下,而若换成其他胺溶液即使是结构相似的嘧啶或者哌嗪都无法实现。

当PI/SiO_2的摩尔比小于0.1在443K条件下处
理一天时,就能将3D结构转向2D层状结构,并且不受母体Si/Ti比的影响。

这种结构转化没有改变活性Ti物种的量以及配位状态,但是骨架内部的硅羟基却消除了大约40%,形成了缺陷位少,结构更加“刚性”以及疏水性能良好的Ti-MWW分子筛。

在酮类的肟化以及各类不同分子尺寸大小的烯烃环氧化反应中,结构重排的Ti-MWW分子筛都表现出比3DTi-MWW更优异的催化性能。

第三部分,通过一种简单的后处理方法制备出含各种杂原子的类似于MCM-56结构的分子筛。

酸处理回流MWW层状前驱体形成传统的3D结构材料,但当控制一定的酸处理条件即酸处理温度低于353K时,就形成了MCM-56,并RMCM-56的形成依赖于层状前驱体的晶粒大小,晶粒小有利于前驱体转换形成MCM-56。

且MCM-56的形成与前驱体骨架中金属离子类型(包括B,Al,Ti,Ga或者Fe)及其含量无关。

与3DTi-MWW相比,含钛MCM-56具有更大的外表面,因此在各类不同分子大小的烯烃以叔丁基过氧化氢为氧化剂的环氧化反应中以及具有更大分子尺寸的脱除轻油中二苯并噻吩的氧化反应中,Ti-MCM-56都表现出优异的催化活性。

最后,我们考察了Ti-MWW分子筛在氯丙烯以双氧水为氧化剂环氧化制备环氧氯丙烷过程中的催化活性,并与典型的钛硅分子筛TS-1、Ti-MOR和Ti-Beta进行了比较。

采用Ti-MWW分子筛/H_2O_2/乙腈催化体系,通过对环氧氯丙烷合成工艺条件的考察及优化,氯丙烯、双氧水的转化率以及环氧氯丙烷的选择性都能达到99%以上。

Ti-MWW的最好溶剂为乙腈或者丙酮,从而有效的抑制了溶剂化开环反应副产物的形成。

而最主要副产物之一的3-氯-1,2-丙二醇对
Ti-MWW和TS-1的重复使用性能有负面影响,新型的二次合成方法引起了结构的重排,从而提高了Ti-MWW催化剂的稳定性和使用寿命。

【关键词】：Ti-MWW分子筛后处理合成结构改性液相氧化催化性能【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：O643.36
【目录】：摘要10-12Abstract12-14第一章前言14-441含钛分子筛的研究进展14-211.1含钛分子筛的合成15-181.1.1TS-1和TS-2分子筛的合成15-181.1.2其他含钛分子筛的合成181.2含钛分子筛的表征181.3含钛分子筛催化环氧化机理18-211.4含钛分子筛的催化应用212Ti-MWW分子筛的研究进展21-342.1MWW分子筛结构特性22-252.2Ti-MWW分子筛的合成25-282.3Ti-MWW分子筛的表征28-292.4Ti-MWW分子筛在催化反应中的应用29-343机遇和挑战344本论文的思路34-37参考文献37-44第二章实验方法44-511试剂与药品44-452催化剂制备45-463催化剂表征46-474催化剂评价47-50参考文献50-51第三章后处理法合成新型大孔钛硅分子筛IEZ-Ti-MWW51-731前言51-522实验部分52-533结果与讨论53-703.1IEZ-Ti-MWW的合成构想53-543.2IEZ-Ti-MWW的合成条件的考察54-593.2.1不同Si/Ti比的层状前驱体的影响54-553.2.2硅烷化试剂用量影响55-583.2.3硝酸浓度的影响583.2.4硅烷化试剂类型的影响58-593.3IEZ-Ti-MWW的物化表征59-643.3.1UV-Vis光谱图
59-623.3.2SEM623.3.3~(13)CMASNMR623.3.4~(29)SiMASNMR62-64 3.3.5TEM643.4IEZ-Ti-MWW的催化性能64-704结论70-71参考文献71-73第四章高活性强疏水性Re-Ti-MWW的合成、表征及催化73-981前言73-752实验部分75-763结果与讨论76-923.1Ti-MWW分子筛的后处理改性76-843.1.1有机胺类型的影响76-793.1.2哌啶用量的影响793.1.3后处理时间的影响79-813.1.4Si/Ti比的影响81-843.2Re-Ti-MWW的表征84-893.2.1ICP843.2.2UV843.2.3N_2adsorption-desorption84-863.2.4IR 86-873.2.5~(29)SiMASNMR87-883.2.6TG88-893.2.7H_2O吸附893.3结构可逆转化形成Re-Ti-MWW的可能机理89-913.4Re-Ti-MWW的催化性能91-923.4.1酮类的肟化反应91-923.4.2烯烃的环氧化924结论92-96参考文献96-98第五章后处理转化法合成Ti-MCM-5698-1201前言98-992实验部分99-1003结果与讨论100-1173.1Ti-MCM-56的后处理合成100-1083.1.1不同Si/Ti比的影响100-1013.1.2温度的影响101-1023.1.3时间的影响102-1033.1.4不同模板剂合成的Ti-MWW层状前驱体103-1043.1.5氟化物法合成的Ti-MWW层状前驱体104-1063.1.6含不同杂原子的MWW层状前驱体106-1083.2Ti-MCM-56的可能形成机理108-1093.3Ti-MCM-56的表征109-1133.3.1UV109-1113.3.2N_2adsoprtion1113.3.3IR111-1133.4Ti-MC M-56的催化性能113-1173.4.1各类烯烃的环氧化114-1153.4.2二苯并噻吩的氧化脱硫115-1174结论117-118参考文献118-120第六章Ti-MWW催化氧化氯丙烯高效合成环氧氯丙烷120-1451前言
120-1232实验部分123-1243结果与讨论124-1433.1各种钛硅分子筛的表征124-1253.2不同钛硅分子筛对氯丙烯环氧化反应的影响125-1263.3Ti-MWW催化氯丙烯环氧化过程反应参数的考察126-1343.3.1溶剂对氯丙烯环氧化反应的影响126-1303.3.2反应时间对氯丙烯环氧化反应的影响130-1313.3.3反应温度的影响1313.3.4钛含量的影响131-1323.3.5催化剂用量的影响132-1333.3.6过氧化氢和氯丙烯配比对氯丙烯环氧化反应的影响133-1343.4Ti-MWW的稳定性和循环使用134-1373.5影响Ti-MWW稳定性因素及再生方法的研究137-1433.5.1失活因素的考察137-1383.5.2二次合成138-1434结论143参考文献143-145总结145-147学习期间发表论文147-150致谢150 本论文购买请联系页眉网站。