分子筛与多孔材料化学课件

第一章绪论分子筛定义范围筛分子(最初）0.3-2.0nm:微孔Microporous2.0-50nm:介孔Mesoporous>50nm:大孔Macroporous

---IUPAC定义微孔分类小孔沸石: <0.4nm中孔沸石: 0.4-0.6nm大孔沸石: 0.6-0.8nm超大孔沸石: 0.8-2.0nm 人们很难合成孔径大于0.8nm以上的沸石分子筛！介孔分子筛举例SBA-15MAS-7介孔分子筛SBA-15MAS-7大孔材料举例Poresize:100nm微孔－介孔材料举例微孔:0.7nm；介孔：4-40nmAB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硅铝沸石分子筛的组成与结构组成：

Mn+Al2O3nSiO2mH2O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：300-600m2/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：NaZNH4ZHZ

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

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。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：5.5Å

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(5.3Å)：重要化工原料，价格较高邻二甲苯(5.6Å)：价格较低催化异构化？一致未发现较好催化剂！ZSM-5：二维孔道：5.5Å

在ZSM-5存在下，邻二甲苯可以高选择性地转化为对二甲苯！实例：利用SAPO-34实现择形反应乙烯(<4Å)：重要化工原料，价格较高 酸催化：CH3OHH2C=CH2+H2O 缺点：丁烯等(>4Å)：价格较低择形催化反应：分子筛SAPO-34 二维孔道：3.8Å

在SAPO-34存在下，甲醇可以高选择性 地转化为乙烯！催化反应是现代化的指标之一美国：与催化有关的GNP大约35%欧洲：30%日本：35%中国：15%不发达国家：<5%微孔分子筛组装的纳米器件微孔分子筛组装半导体材料 根据孔道形状不同组装量子点、量子线 (CdS/NaY)

以分子筛的微孔作为形成纳米器件的模板 APO-5中制备出最细纳米管AXMORMOR---Chem.Mater.,1999.APO-5SODSilicalite-IMORMORFAUSingleCrystalsofZeolitesTheSEMofSingleCrystalsFAULTA---Adv.Mater.,1999---MicroporousandMesoprousMater.,1999SOD100nmNanosizedZeolitesFAULTA---Chem.Mater.NanosizedZSM-5形貌控制纳米颗粒、纤维、膜J.Am.Chem.Soc.

2000,122,3530-3531ZSM-5,Silicalite-1TS-1,LTAbeta,Y,X不同的型貌

FilmFiberCrystalMorphologicalcontrolofmesoporoussilica

SphereandFiberofMesoporousStructureMesoporousSilicaSpheresandFiber---Chem.Mater.1997,9,14MesoporousSilicaFilmonSiliconSingleCrystal分子筛与多孔材料领域研究人员众多InternationalZeoliteAssociationInternationalCatalysisAssociationAsianPacificAssociationofCatalysisSocietiesChineseZeoliteAssociation…分子筛与多孔材料领域高质量的研究工作Nature,Science,JACS,Angew.Chem.MicroporousMesoporousMater.Chem.Mater.,J.Phys.Chem.B.,…ACSRSC…AmericanPatents,EuropeanPatents,…InternationalMeetings(IZC,IMMS,ZMPC…)分子筛与多孔材料领域应用广泛的工业化技术催化