分子筛与多孔材料化学.ppt
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1、第一章 绪论,分子筛,定义 范围,筛分子(最初),0.3-2.0 nm: 微孔 Microporous 2.0-50 nm: 介孔 Mesoporous 50 nm: 大孔 Macroporous -IUPAC 定义,微孔分类,小孔沸石: 0.4 nm 中孔沸石: 0.4-0.6 nm 大孔沸石: 0.6-0.8 nm 超大孔沸石: 0.8-2.0 nm 人们很难合成孔径大于0.8 nm以上的沸石分子筛!,微孔沸石举例,- Chem. Mater., 2000, 12,JLU-1(Titanosilicate): Pore size: 6.2 ,介孔分子筛举例,SBA-15,MAS-7,介孔分
2、子筛,SBA-15,MAS-7,大孔材料举例,Pore size: 100 nm,微孔介孔材料举例,微孔: 0.7 nm;介孔:4-40 nm,A,B,微孔介孔材料举例,微孔: 0.7 nm;介孔:4-40 nm,A,B,分子筛的组成与发展,硅铝沸石分子筛 天然沸石(火山)、人工合成沸石:大量生产 全硅沸石分子筛 吸附亲油功能 杂原子沸石分子筛 引入催化活性中心 磷酸铝分子筛 不含有硅物种,分子筛的组成与发展,介孔分子筛 将孔径开展到1.5-50 nm,组成可以任意变化 金属有机骨架的分子筛(MOF系列) 将骨架扩展到有机分子,硅铝沸石分子筛的组成与结构,组成: Mn+Al2O3 nSiO2
3、mH2O 基本结构:硅氧四面体、铝氧四面体 Si-O-Al (T-O-T) 环数 不同的的环数 (8-;10-;12-;14-;18-) 不同的维数(一维;二维;三维) 不同的Si/Al比值:1- 形成不同类型的沸石分子筛!,硅铝沸石分子筛性质,酸性质 大的表面积,强吸附能力 均匀的孔径 强的离子交换能力,- 工业中广泛应用!,沸石分子筛的吸附应用,比表面积大:300-600 m2/g 强吸附性能,且具有选择性吸附气体能力 实例:全硅分子筛:亲油,不吸附水 硅铝分子筛:亲水 应用:消除环境污染如苯、CO等 香烟过滤嘴:高科技-国家烟草局,沸石分子筛的筛分应用,均一孔径:强烈筛分能力 定义的本意
4、 筛分氧气与氮气:重要科技项目 分子筛膜:水与氢气;氢气与烃 燃料电池重要课题 气体分离,沸石分子筛的离子交换应用,强的离子交换能力:nM1m+-mM2n+ 洗涤剂:消除水中的Mg2+与Ca2+ 每年10万吨:无磷洗衣粉添加剂 2005年:30万吨A型分子筛 消除重金属离子:Hg2+ 可持续发展过程中十分重要: 松花江的治理项目,沸石分子筛的催化应用,固体酸性催化剂:最大应用,广泛地应用在石油加工中 Exxon, Mobil, Shell, GNP的很大比重 制备方法:NaZNH4Z HZ 国民经济发展的核心技术 -50年代经济制裁的重要内容之一,石油的催化裂化,50年代前:催化剂为酸性黏土
5、催化活性低,汽油、柴油收率低 50年代末:分子筛催化剂(Y) 催化活性高,汽油、柴油收率高,效益为年 千亿美元以上。 70年代:提高辛烷值(ZSM-5),燃料绿色化 90年代:石油中渣油量很大,新型大孔分子 筛 材料,介孔分子筛出现,实现渣油裂化。,催化反应绿色化的实例,实例:利用TS-1实现环境友好反应,对二苯酚:重要化工原料 传统方法: 苯酚+硫酸2-磺基苯酚+CuSO4 苯二酚+铜盐+Na2SO4 (对位较少) 新方法:TS-1:微孔:5.5 苯酚+H2O2 苯二酚+H2O 苯二酚:对位较多:孔道的选择性 没有有害的副产物,一步完成!,实例:利用ZSM-5实现择形反应,对二甲苯(5.3)
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