新型双杂原子及两亲性Fe-CO-β沸石的合成、表征及催化性能研究

摘要

β沸石是一种具有三维十二元环孔道结构的高硅沸石。因其特殊孔道结构、良好的热稳定性和耐酸性等优点，作为催化材料在绿色催化领域有着广阔的应用前景。在β沸石中引入一些具有特定催化性能除硅铝以外的其它金属原子（称为杂原子），所形成的杂原子β沸石与原β沸石比较，其酸性、表面性质都会发生改变，催化性能也会更好，是一种复合型催化材料，可大大拓宽β沸石在石油化工和精细化工等领域的应用范围。
　　多数工业应用化学反应都是水/油互不相溶的多相催化反应体系，而水在油中的溶解度小，反应物之间相互接触的量很少，导致催化剂达不到好的催化效果。传统的改进方法是在反应体系中加入大量共溶剂，但是，这样不仅工序复杂，而且易造成环境污染。所以开发能同时溶于水和油的新型绿色催化材料已成为研究热点。这种两亲性催化材料能够同时吸附水和油，能在水油两相界面上对反应进行催化。基于上述原因，在本论文中，首先采用水热法合成了Fe-Co-β沸石，考察了样品对苯乙烯氧化反应的催化性能;然后通过对Fe-Co-β沸石进行表面修饰，引入亲油性基团，制得了两亲性Fe-Co-β沸石，最后考察了两亲性Fe-Co-β沸石在环己烯水合相界面反应中的催化性能。主要的研究内容如下:
　　1.Fe-Co-β沸石的合成与结构表征:采用水热合成法按反应物的物质的量配比为n(SiO2)∶n(Fe2O3)∶n(CoO)∶n[(TEA)2O]∶n(H2O)∶n(NH4F)=60∶(0.25～0.5)∶(1.0～3.0)∶(15～18)∶(650～750)∶(30～45)配制初始反应混合物，合成出了结晶良好的Fe-Co-β沸石。运用X射线衍射、红外光谱、固体紫外可见漫反射、差重-热重、扫描电镜和氮气吸附脱附等技术对样品进行了表征，结果表明，样品具有BEA拓扑结构，且Fe和Co进入了沸石骨架。
　　2.Fe-Co-β沸石催化苯乙烯氧化反应:在苯乙烯氧化反应体系中，以H2O2为氧化剂、Fe-Co-β沸石为催化剂，考察了Fe-Co-β沸石的催化性能。结果表明，Fe-Co-β沸石是苯乙烯氧化反应的良好催化剂，苯乙烯的转化率为92.63％，苯甲醛和苯乙醛的选择性分别为71.44％和28.56％。
　　3.两亲性Fe-Co-β沸石的制备及催化环己烯水合反应性能的研究:用十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)对Fe-Co-β沸石进行了表面修饰，合成出了两亲性Fe-Co-β沸石，运用了XRD、UV-vis、IR和氮气吸附脱附等表征手段，发现修饰后的沸石具有两亲性，而且骨架结构并没有被破坏，只是亲油性的烷基基团修饰在沸石表面。在环己烯水合相界面催化反应中，两亲性Fe-Co-β沸石的催化活性比母体沸石更好。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 沸石分子筛概述

1．1．1 沸石简介

1．1．2 沸石的合成

1．1．3 沸石的晶化机理

1．2 β沸石和杂原子β沸石

1．2．1 β沸石和杂原子β沸石简介

1．2．2 β沸石和杂原子β沸石的合成

1．2．3 β沸石合成的主要影响因素

1．2．4 β沸石和杂原子β沸石应用研究

1．3 两亲性沸石

1．3．1 两亲性沸石的应用研究

1．4 沸石的表征

1．4．1 X射线粉末衍射(XRD，X-ray Diffraction)

1．4．2 傅里叶变换红外光谱(FT-IR)

1．4．3 紫外—可见漫反射光谱(UV-Vis)

1．4．4 热重—差热分析(TG-DTA)

1．4．5 扫描电镜(SEM，Scanning Electron Microscopy)

1．4．6 固体魔角核磁共振谱(MAS-NMR)

1．4．7 氮气吸附脱附曲线(Nitrogen Adsorption-Desorption Isotherm)

1．5 本论文选题的背景和意义

第二章 Fe-Co-β沸石的合成、表征及催化苯乙烯氧化反应

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 试剂和仪器

2．2．2 Fe-Co-β沸石的合成

2．2．3 Fe-Co-β沸石的催化性能评价

2．3 结果与讨论

2．3．1 不同原料配比对Fe-Co-β沸石合成的影响

2．3．2 Fe-Co-β沸石的结构表征

2．3．3 Fe-Co-β沸石催化性能

2．4 结论

第三章 两亲性Fe-Co-β沸石的制备、表征及催化环己烯水合反应

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 试剂和仪器

3．2．2 Fe-Co-β沸石的合成

3．2．3 两亲性Fe-Co-β沸石的合成

3．2．4 环己烯水合相界面催化反应

3．3 结果与讨论

3．3．1 X射线粉末衍射分析

3．3．2 样品的两亲性测试

3．3．3 氮气吸附-脱附测定

3．3．4 样品的红外表征

3．3．5 样品的固体紫外表征

3．4 相界面催化反应

3．4．1 CTAC改性后的沸石对沸石相界面催化活性的影响

3．4．2 不同反应条件对环己烯水合相界面催化反应的影响

3．5 结论

第四章 结语

参考文献

硕士期间发表的相关论文

致谢

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