分子筛和多孔材料化学市公开课获奖课件

1、第一章 绪论第1页第1页分子筛定义范围筛分子(最初）0.3-2.0 nm: 微孔 Microporous2.0-50 nm: 介孔 Mesoporous50 nm: 大孔 Macroporous -IUPAC 定义第2页第2页微孔分类小孔沸石: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 人们很难合成孔径不小于0.8 nm以上沸石分子筛！第3页第3页微孔沸石举例- Chem. Mater., , 12JLU-1(Titanosilicate): Pore size: 6.2 第4页第4页介孔分子筛举例SBA-15MAS-7第5页第5页

2、介孔分子筛SBA-15MAS-7第6页第6页大孔材料举例Pore size: 100 nm第7页第7页微孔介孔材料举例微孔: 0.7 nm；介孔：4-40 nmAB第8页第8页微孔介孔材料举例微孔: 0.7 nm；介孔：4-40 nmAB第9页第9页第10页第10页分子筛构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效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第11页第11页分子筛构成与发展介孔分子筛将孔径开展到1.5-50 nm，构成能够任意改变金属有机骨架分子筛（MOF系列)将骨架扩展到有机分子第12页第12页硅铝沸石分子筛构成与结构

3、组成： Mn+Al2O3 nSiO2 mH2O基本结构：硅氧四周体、铝氧四周体 Si-O-Al (T-O-T) 环数 不同环数 (8-;10-;12-;14-;18-) 不同维数(一维；二维；三维) 不同Si/Al比值：1-形成不同类型沸石分子筛！第13页第13页硅铝沸石分子筛性质酸性质大表面积，强吸附能力均匀孔径强离子互换能力- 工业中广泛应用！第14页第14页沸石分子筛吸附应用比表面积大：300-600 m2/g 强吸附性能，且含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-国家烟草局第15页第15页沸石分子筛筛分

4、应用均一孔径：强烈筛分能力定义本意 筛分氧气与氮气：主要科技项目 分子筛膜：水与氢气；氢气与烃燃料电池主要课题 气体分离第16页第16页沸石分子筛离子互换应用强离子互换能力：nM1m+-mM2n+ 洗涤剂：消除水中Mg2+与Ca2+ 每年10万吨：无磷洗衣粉添加剂 ：30万吨A型分子筛 消除重金属离子：Hg2+ 可连续发展过程中十分主要： 松花江治理项目第17页第17页沸石分子筛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很大比重 制备办法：NaZNH4Z HZ 国民经济发展关键技术-50年代经济制裁主要内容之一第18页第18页石油催

5、化裂化50年代前：催化剂为酸性黏土催化活性低，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：提升辛烷值(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。第19页第19页催化反应绿色化实例第20页第20页实例：利用TS-1实现环境友好反应对二苯酚：主要化工原料 老式办法：苯酚+硫酸2-磺基苯酚+CuSO4 苯二酚+铜盐+Na2SO4 (对位较少) 新办法：TS-1：微孔：5.5 苯酚+H2O2 苯二酚+H2O苯二酚：对位较多：孔道选择性没有有害副产物，一步完毕！第21页第21页实例

6、：利用ZSM-5实现择形反应对二甲苯(5.3)：主要化工原料，价格较高邻二甲苯(5.6)：价格较低催化异构化？一致未发觉较好催化剂！ZSM-5：二维孔道：5.5在ZSM-5存在下，邻二甲苯能够高选择性地转化为对二甲苯！第22页第22页实例：利用SAPO-34实现择形反应乙烯( 4)：价格较低择形催化反应：分子筛SAPO-34二维孔道：3.8 在SAPO-34存在下，甲醇能够高选择性地转化为乙烯！第23页第23页- Aika et al., Science, 1999.纳米孔作为分子反应器第24页第24页催化反应是当代化指标之一美国：与催化相关GNP大约35%欧洲：30%日本：35%中国：15%

7、不发达国家：5%第25页第25页微孔分子筛组装纳米器件 微孔分子筛组装半导体材料 依据孔道形状不同组装量子点、量子线 (CdS/NaY)以分子筛微孔作为形成纳米器件模板APO-5中制备出最细纳米管第26页第26页C-Nanotubes in AlPO4-5单壁最小孔径（4）碳纳米管在微孔晶体内生成- Nature, 408, 50, .第27页第27页微孔分子筛形貌控制大单晶：微设备和器件、结构解析纳米晶体优秀功效、纳米特殊性质分子筛纤维、膜分子筛膜：气体分离：催化分离一体化不同晶粒分子筛合成举例第28页第28页AXMORMOR-Chem. Mater., 1999.第29页第29页APO-5

8、SODSilicalite-IMORMORFAUSingle Crystals of Zeolites第30页第30页The SEM of Single CrystalsFAULTA- Adv. Mater., 1999第31页第31页- Microporous and Mesoprous Mater., 1999SOD第32页第32页100nmNanosized ZeolitesFAULTA-Chem. Mater.第33页第33页Nanosized ZSM-5第34页第34页形貌控制 纳米颗粒、纤维、膜J. Am. Chem. Soc. , 122, 3530-3531ZSM-5, Sil

9、icalite-1TS-1, LTAbeta, Y, X第35页第35页不同型貌 Film Fiber Crystal第36页第36页Morphological control of mesoporous silica 第37页第37页Sphere and Fiber of Mesoporous StructureMesoporous Silica Spheres and Fiber- Chem. Mater. 1997, 9, 14第38页第38页Mesoporous Silica Film on Silicon Single Crystal第39页第39页分子筛与多孔材料领域研究人员众多I

10、nternational Zeolite AssociationInternational Catalysis AssociationAsian Pacific Association of Catalysis SocietiesChinese Zeolite Association第40页第40页分子筛与多孔材料领域高质量研究工作Nature, Science, JACS, Angew. Chem.Microporous Mesoporous Mater.Chem. Mater. , J. Phys. Chem. B.,ACSRSCAmerican Patents, European Patents, International Meetings (IZC, IMMS, ZMPC)第41页第41页分子筛与多孔材料领域应用广泛工业