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介孔沸石分子筛的制备与应用

发布时间:2020-01-10     浏览次数:100

微孔沸石晶体催化材料(孔径为0.4-1.2nm),特别是硅铝沸石,因其具备有序的微孔结构、较大的比表面积、较高的热和水热稳定性、骨架酸中心、可交换的阳离子等优异性能而被广泛应用到石油化工方面,也是工业上应用最多的催化剂之一。

尽管沸石较小的孔径(0.4-1.2nm)在很多反应中提供了优异的择形性,但是在另一方面,却阻碍了较大分子进入沸石孔道内进行吸附和催化反应。沸石晶体上制造介孔以提高催化剂的物质传输性能,已经在工业制备超稳Y沸石催化剂中应用,使用的方法就是水热处理。但是这种方法形成介孔时会降低沸石的结晶度,而且形成的介孔也是不贯通的,所以使用新型的方法来合成介孔沸石,成为材料领域的研究热点之一。近年来的研究也表明,利用不同方法制备出的介孔沸石分子筛,由于既具有微孔沸石的强酸性和高的水热稳定性,同时其介孔孔道又有利于大分子的传质、扩散以及参与反应,因此已被广泛应用到不同的催化领域。

使用硬模板合成的介孔沸石中的介孔孔容一般比较大,例如使用碳纳米粒子、气凝胶碳或者介孔碳合成的介孔分子筛的介孔孔容都超过了1cm3/g,但是孔分布比较宽。这主要是由于硬模板与硅源没有直接的作用,因此孔容和孔径大小完全取决于硬模板的粒子大小以及分散度.同时使用碳纳米粒子以及碳纳米管、纤维合成的介孔分子筛的比表面积要小一些,一般小于400m2/g。在使用硬模板合成介孔沸石的发展过程中,碳模板始终占据主导地位,这主要是由于碳模板的成本较低,而且除去模板过程简单方便,在除去沸石模板的焙烧过程中,就可以把碳模板一并除去。

在很多重要的工业催化反应中,沸石材料不仅仅作为催化剂使用,还可以作为载体负载贵金属活性中心(Pd,Pt等)。介孔材料作为载体在催化反应中的应用也被深入研究。加氢与加氢脱硫这两类反应是研究比较多的反应,在这两类反应中,与常规的介孔硅铝材料和γ-Al2O3载体相比,介孔沸石既具有强酸性,又具有大比表面积,在负载活性中心之后的反应活性要高于其他两种载体。而且更重要的是,介孔沸石负载贵金属活性中心后,在加氢或者加氢脱硫反应中表现出了更强的抗硫性,这主要是归因于介孔沸石的酸性要强于常规介孔硅铝材料以及γ-Al2O3。目前由于环保的压力,加氢脱硫反应在石油炼化反应的重要性越来越强,介孔沸石作为强酸性大比表面积的载体可以在这方面发挥重要的作用。

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