|
| |
| 介孔沸石的合成及应用前景 |
| 来源：中国粉体技术网 更新时间：2014-08-21 10:42:33 浏览次数： |
|
| |
（中国粉体技术网/班建伟）有序介孔材料良好的扩散性能和沸石分子筛的强催化活性及择形催化性能都是催化剂所必须的，两者如能够结合于一种材料中，微孔沸石中引入介孔，制备出介微孔复合催化材料，在需要强酸的大分子反应中具有很大的潜力。
一、介孔沸石的合成
早期合成介孔沸石的方法主要是通过对沸石后期处理在微孔分子筛中造成介孔，根据制造介孔所用的方法不同，可以分为脱铝法，脱硅法和热处理法三种。
沸石脱铝的方法有水热法脱铝和化验学法脱铝。脱铝可以增加沸石骨架中硅铝比，从而提高其稳定性，改变bronsted和lewis酸位，调变其酸性。脱铝后会在沸石晶体内部形成缺陷，从而产生介孔范围的孔道。
科学家们发现，通过将沸石分子筛在碱溶液中处理脱除沸石分子筛的骨架硅也可以在沸石分子筛中引入介孔。由于AlO-4带负电荷，OH-存在时，Si-O-Al键的水解受到阻碍，而邻近无AI四面体的SI-O-SI键相对容易断开。而且沸石分子筛中铝元素的分布对介孔的形成具有很大的影响，骨架铝存在对沸石分子筛中硅的脱除具有一定程序的保护作用，因此，可以通过调控沸石分子筛中铝的分布来控制沸石分子筛中所引入的介孔性质。
介孔沸石也可以在碳纳米粒子模板合成沸石的过程中通过精确控制晶化条件合成。通过使用过量凝胶，将碳纳米粒子包裹在晶体内部，然后培烧除去介质碳模板，形成介孔沸石单晶。南非要指出的是碳纳米粒子的形貌通常是球形的，因此使用碳纳米粒子合成的介孔沸石中的介孔通常是“洞穴”，并且包埋在晶体里面，而非我们通常说的具有开放孔道的介孔，所以，对沸石的扩散作用并没有改善。
二、介孔沸石的应用
1.烷基化反应
烷基化是工业上广泛应用沸石的反应，但是由于微孔沸石的扩散限制，使得反应很难完全发生。因此，许多研究者将介孔沸石应用于该反应中。用碳模板法制备出的介孔ZSM-5分子筛应用于苯和乙烯的烷基化反应中。结果表明，介孔沸石具有比常规沸石更高的活性。这是由于常规沸石造成的扩散制会导致苯和乙烯烷基化过程将不容易发生在介孔沸石之中，而不会导致类似常规沸石上发生的多聚反应。
2.甲醇制烃及芳构化反应
甲醇制烃反应是一种由煤或生物质能制备烃类的反应，该反应包含多步的烷基化，裂化及异构化反应，催化反应需要强B酸，需要沸石具有较高的活性。使用介孔沸石，介孔的存在可以延缓焦炭的形成速率，显著延长催化剂寿命。
3.异构化反应
沸石常用于烃类的异构化反应，获得高附加值的产品，其中重要应用在改质直链的石脑油获得具有较高的辛烷值多支链产品。
三、总结
介孔沸石的合成和催化应用的研究自2006年使用软模板合成介孔沸石的报道之后进入一个新的发展阶段。综合前期的研究结果，以下几点可能是下一阶段的研究发展趋势。
1. 模板的实用性。
目前研究比较多的模板是碳模板和高分子聚合物，这主要是由于这两种模板基本上都已经商业化的产品，成本比较低，尽管一些新型的有机硅烷或者模板剂可以合成更有特色的样品，但是在催化活性没有明显提高的前提下，合成成本仍然是模板选择的重要参考条件之一。
沸石种类的拓展。目前被合成最多的介孔沸石是ZSM-5沸石，其他沸石如B，ZSM-11，ZSM-12，SOD，X，Y和A沸石等也有少量报道。但是相对联于数百种沸石来说，介孔沸石的种类还是很少的，而且从骨架构成上来看，硅铝沸石或者全硅沸石是主体。其他构成如钛硅沸石，磷酸铝沸石报道都很少。因此，寻找一个通用性的方法来合成更多种类的介孔沸石仍然将是介孔沸石合成研究的重点之一。
2. 应用广泛性。
目前大多数介孔沸石仍然局限于催化剂或者载体应用在传统炼化中的一些典型反应，如裂化，烷基化等，可以被认为是具有介孔的沸石催化剂。但是从另一个方面来讲，介孔沸石也是具有沸石功能（强酸性，高稳定性等）的介孔材料，应该在介孔材料的应用领域有更加广泛的应用，例如作为一个复合功能的载体而应用在精细化工的很多典型反应。如缩合，酯化，HECK等。这一方面已经有了一些研究，但是涉及到的反应类型还不够广阔。作为一类重要的多孔材料，介孔沸石应该有更宽广的应用领域。
3. 介孔结构的多样性。
目前大多数介孔沸石的介孔仍然是无序的，只有纳米层状，ZSM-5的结构可以看作是有序介孔，其他有序结构（二维六方或立方）介孔沸石的研究仍然深入中。
|
|
|
| |
|
| |
|
|
|
|
|
|
