手性A形体富集Beta分子筛的合成

来源 :吉林大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:huhuairen
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
分子筛材料的发现已有260余年,在近50年开始蓬勃发展并迅速成为催化学科和材料学科领域具有深远影响的材料之一。分子筛类材料以其独特的孔道结构、规则均匀的孔径分布、丰富多样的骨架组成、较高的热稳定性及化学稳定性等优势,在催化、吸附、离子交换等工业领域具有广阔的应用价值。手性分子筛材料因兼具筛分分子的特性以及手性选择性等特点而备受关注,其在不对称催化、不对称吸附以及手性拆分等多方面均具有广泛的应用前景,已发展为重要的前沿研究方向。截止到2018年5月,已有235种具有不同拓扑结构的分子筛材料被成功合成出来。其中,仅有*BEA,CZP,GOO,-ITV,JRY,LTJ,OSO,STW等8种分子筛拓扑类型具有固有手性的结构特征。在上述这8种拓扑结构中,仅有Beta分子筛(*BEA)已实现了工业化的应用,是最具潜力的手性分子筛材料之一。Beta分子筛是第一例人工合成的具有三维结构的手性分子筛材料,但由于表征手段的限制以及其本身结构的复杂性,从Beta分子筛的合成到其结构的确定花费了近21年的时间。研究表明,Beta分子筛是由几种结构相近的多形体沿[001]方向堆积而成的堆垛层错结构,其中A形体与B形体的生长能量相近,几乎完全无序共生,因而在普通Beta分子筛中A形体与B形体的比例约为44:56。C形体由于能量上与另外两种多形体(A,B)有些差异,一般不与二者共生。Beta分子筛中如此的层错结构在[010]和[100]方向上保持了垂直相交的十二元环直线型孔道,但三种多形体在[001]方向上具有各自不同的孔道特征。Beta分子筛的手性A形体沿着c轴方向具有十二元环P4122(右旋)或P4322(左旋)的螺旋孔道,十分引人注目。目前,科研工作者们已经成功合成出了Beta分子筛C形体的纯相(拓扑结构代码为BEC)和B形体高度富集(含量85%)的Beta分子筛。而在尝试合成手性A形体富集Beta分子筛的进程中,最为常用的方法是向体系内引入不同的手性模板剂或手性助剂,但都收效有限。目前的报道中,A形体最高富集含量约为65%,是由Tong,Guo和Zhang等人分别通过自合成的非手性有机模板剂制备得到的,结果表明手性模板剂并非是诱导手性A形体生成的必要条件。因此,探究影响手性A形体选择性晶化的关键因素,从而定向设计合成手性A形体高度富集的Beta分子筛是十分必要的。本论文通过控制反应参数,系统探究了在Beta分子筛晶化过程中影响A形体生成的潜在因素,并提出“抑制成核”的合成策略,在类固相干凝胶体系中成功合成出了A形体高度富集的Beta分子筛。主要结果如下:1.在类固相的干凝胶体系中,我们通过控制实验参数保证单一变量,从优化干凝胶的制备条件开始着手,逐步筛选探究得到了影响Beta分子筛中手性A形体生成的关键因素,即酸性的反应介质。不同于传统的碱性介质和氟离子存在的近中性介质,实验发现该酸性反应介质可有效促使A形体的富集。我们从而定向开发了一种全新的酸性合成路线成功制备出手性A形体高度富集的Beta分子筛材料。我们使用非手性的四乙基氢氧化铵(TEAOH)为有机模板剂,氟化铵为矿化剂,通过向体系中添加酸性助剂(如柠檬酸或五氧化二磷等)制备得到的Beta分子筛中A形体含量约为70%80%,处于目前所报道的最高水平值之中。此外研究表明,酸性的反应介质在晶化过程中抑制了Beta分子筛的成核,这可能是促使A形体生成的潜在因素,为我们合成A形体富集Beta分子筛提供了新的思路和可能。2.基于“抑制成核”的反应策略,我们分别将不同的醇试剂应用于类固相的干凝胶体系中合成Beta分子筛。实验发现添加乙醇、甲醇、聚乙二醇-400、聚乙二醇-2000、聚乙二醇-4000、聚乙二醇-10000等六种醇助剂都可通过改变反应过程的动力学,而有效促使手性A形体的富集。并且,当我们使用固体醇作为助剂时,可将块状干凝胶与固体原料一同混合研磨,得到均一粉末后直接进行水热晶化,有效避免了强腐蚀性剧毒氢氟酸的使用,使合成路线简单化绿色化。通过高分辨透射电子显微镜(HRTEM)对制备得到的A形体富集Beta分子筛进行表征,观测到了连续的手性A形体结构区域。结合DIFFaX程序模拟XRD谱图与HRTEM表征的统计学方法,可以确定该绿色合成路线制备的Beta分子筛中A形体含量约为65%70%,处于目前所报道的最高水平值之中。3.在类固相的干凝胶体系中,我们以非手性的四乙基氢氧化铵(TEAOH)为有机模板剂成功合成出了手性A形体富集的纯硅Beta分子筛。然而当我们将铝物种引入合成体系时,在相同条件下晶化得到的Al-Beta分子筛中手性A形体的含量发生明显的下降。同时,实验发现含铝Beta分子筛的晶体尺寸在一定范围内会随着硅铝比的降低而减小,且相较于纯硅Beta分子筛,Al-Beta分子筛的晶化速率会因铝的引入而加快,表明铝在晶化过程中会促进Beta分子筛的成核。铝的促进成核可能是导致Al-Beta分子筛中A形体含量下降的可能原因。此外,在研究Al-Beta分子筛的晶化过程中我们通过27Al固体核磁共振表征检测到了五配位铝中间体的存在,这也可能是在晶化过程中改变A形体富集状态的原因之一。我们通过探究影响Beta分子筛A形体生长的因素,从而定向开发新的路线合成手性A形体高度富集的Beta分子筛材料。“抑制成核”的策略为设计合成手性A形体富集的Beta分子筛提供了一种全新的思路,将有助于进一步提高Beta分子筛中手性A形体的含量,推动手性Beta分子筛的合成及其潜在手性应用的研究。
其他文献
热交换器是供热系统乃至动力系统中常见的重要设备之一,其中汽水混合加热器是一种直接将蒸汽与水混合以加热水的热交换装置。利用宽频噪声源模型对喷管式汽水混合加热器进行
斜拉索安装是大跨斜拉桥施工的关键环节,以荆岳长江公路大桥南塔超长斜拉索安装施工为例,介绍荆岳大桥超长斜拉索全新的安装技术——超长斜拉索全软牵引安装技术,利用该项技
目的分析2015年—2017年我院HIV抗体检测结果,了解就诊者HIV感染情况,为进一步采取防治措施提供依据。方法对2015年—2017年我院检验科收到的HIV抗体检测血清样本,采用ELISA
管道泄漏检测技术是确保管道进行安全高效运输作业的有效手段。近年来,在能源危机日益加剧的大环境下,作为能源运输最主要载体之一的管道运输及其安全问题也愈来愈受到重视,
本文采用振动台模型试验与有限元数值模拟相结合的方法,研究了三种基底摇摆隔震桥墩的地震反应。通过振动台试验结果和有限元数值模拟结果的对比分析,总结出三种基底隔震桥墩
人身安全保护令是规制家庭暴力的有效途径之一。我国在2008年《涉及家庭暴力婚姻案件审理指南》中首次引入人身安全保护令,并在全国基层法院试点。2016年3月实施的《反家庭暴
从社会学的视角,以皮埃尔·布迪厄的“场域-惯习”论解释离退休老年人抑郁症的发生、影响因子、治疗及护理。
国际贸易的发展依赖于国际运输的发展,海上货物运输由于其运输量大,覆盖范围广,费用相对便宜,占据了国际运输业的主导地位。而提单作为海上运输中最主要的单证发展到今天已经
目的探讨多层螺旋CT(multi-slice spiral computed tomography,MSCT)重建、重组层厚对正常肾上腺MPR(multiplanar reformatted)图像质量的影响。方法使用Somatom 64层螺旋CT扫描
变压器是电力系统和电气化铁路牵引供电系统的重要设备,其安全可靠性对电力系统和铁路的安全运营影响重大。变压器的状态评估是实现其状态维修的基础。支持向量机很好地执行