绿色合成功能化SAPO-34和ZSM-5沸石分子筛

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沸石作为一类具有有序分布的微孔晶体材料,因其优异的形状选择性、强吸附与离子交换能力、高化学稳定性、可调节的酸度等特性已经成为科研工作中的研究热点。其中SAPO-34和ZSM-5近来作为金属负载型催化剂的理想载体已成为研究焦点。传统合成沸石的方法以水热法为主,但此方法具有耗时长、产率低、能耗高且污染水资源等弊端,严重阻碍了沸石的可持续发展。在国家生态文明建设要求下,无溶剂法和蒸汽辅助转化法因其溶剂用量小、结晶时间短、产率高等优势成为绿色合成沸石分子筛的优选路径。因此,本论文基于无溶剂法简述运用二氧化硅废料作硅源制备SAPO-34的合成过程;同时运用蒸汽辅助法对Silicalite-1的结构以及以此为基底制备的金属负载型催化剂的结构及性能进行深入研究。主要研究内容及成果分为以下三个部分:在不添加额外的溶剂条件下,以硅废料为硅源,拟薄铝石为铝源,吗啉为模板剂,成功合成了SAPO-34沸石。所得样品具有均匀的尺寸、较大的比表面积和较高的孔容。此外,该策略还适用于原位负载金属Fe功能材料。这种合成策略具有操作简单、结晶时间短、收率高、成本能耗低和对环境污染小等优势,为工业化生产提供了参考。利用乙二胺配体稳定金属源,在蒸汽辅助(SAC)转化条件下,原位合成不同金属负载量的Pd@Silicalite-1沸石功能材料。所得到的Pd@Silicalite-1催化剂中尺寸小且分布均匀的钯纳米颗粒(约1 nm)可以牢固地锚定在Silicalite-1载体中,并且具有良好的分散性。所得Pd@Silicalite-1还具有较高的结晶度、较大的比表面积和孔容。所以在生物质糠醛加氢反应中,表现出优越的抗烧结能力和催化活性。这种蒸汽辅助-胺配体稳定-原位封装策略还可以扩展到以Ru为例的其他贵金属/非贵金属物种的包封。采用原位负载策略,以乙二胺络合金属钯、铜的配合物为金属前驱体,通过蒸汽辅助法(SAC)成功制备了不同Pd/Cu比的PdxCu1-x@S-1(x=0.2,0.5,0.8)双金属催化剂沸石功能材料。研究发现:所制备的双金属催化剂负载的钯铜双金属纳米颗粒尺寸超小(约0.8 nm),在分子筛载体上分散度高;此外双金属催化剂具有Cu催化剂的高选择性和Pd催化剂的高活性的协同作用的优势。因此在该催化剂的作用下,糠醛到糠醇的转化率和选择性得到显著提升。
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