以六甲双铵阳离子为模板剂的分子筛的合成

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ITQ-13分子筛隶属于ITH家族,为正交晶系,具有独特的三维正交孔道体系,是唯一同时具有九元环与十元环的分子筛,其孔道结构与ZSM-5分子筛相似,尺寸相对较窄,因而在吸附以及催化应用中具有优良的择形性。据科技情报分析,目前ITQ-13分子筛的研究依然停留在实验室研究阶段,并没有得到广泛的工业应用。其原因主要有晶化时间长、合成成本高、条件苛刻等,故缩短ITQ-13分子筛的晶化时间,降低其合成成本,优化合成条件等对于其工业应用具有重要的现实意义。本文通过改变ITQ-13分子筛的合成凝胶体系,提出了两种快速合成ITQ-13分子筛的方法。其一为在合成体系中加入阴离子硝酸盐类促进剂的晶化策略,大大缩短了其晶化时间。并通过X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、N2吸附、红外(IR)等测试手段对ITQ-13分子筛的物化性能进行了表征,考察了晶化过程中结晶度的变化,得出了晶化过程的动力学参数,并对晶化机理进行了探讨。结果表明:快速合成法与传统方法合成的ITQ-13分子筛具有相似的物化性能;NO3-的加入通过极化憎水基团,加速Si-O-Si物质结合,降低ITQ-13分子筛的成核活化能以及生长活化能,从而可以提高晶化速率,将晶化时间缩短至11h。其二为在合成体系中引入钠离子以及溴离子,即以溴化六甲双铵为模板剂,氢氧化钠为碱源,也达到缩短其合成时间的效果。结果表明:在含钠体系中快速合成了 ITQ-13分子筛,并且含有更多的骨架铝。分子筛合成研究发现同种模板剂可以合成不同结构的分子筛。ITQ-13、EU-1分子筛均可使用溴化六甲双按(Hexamethonium Bromide)合成,二者合成相区有一定的相似性,合成中也常获得二者的共晶产物,因此多级孔小晶粒EU-1分子筛合成亦作为本研究探索的范畴。EU-1分子筛以十元环直孔道与十二元环侧袋组成的孔道系统与特殊的活性排列,使其成为二甲苯异构化的首选催化剂。多级孔道分子筛催化剂因其较大的外表面积、暴露的晶孔多以及梯度孔结构,使其具有高活性,对于反应活性和产物的选择性具有重要的影响。本文通过向以溴化六甲双铵为模板剂的合成体系中引入硅烷偶联剂的方法,合成了多级孔小晶粒的EU-1分子筛,并通过各种表征手段表明,偶联剂的加入,在没有改变EU-1分子筛的各种性质的情况下,缩小了其颗粒尺寸,得到了小晶粒EU-1分子筛,为进一步提高其催化性能提供了可能。
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