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| 介孔沸石的合成及應用前景 |
| 來(lái)源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2014-08-21 10:42:33 瀏覽次數： |
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（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/班建偉）有序介孔材料良好的擴散性能和沸石分子篩的強催化活性及擇形催化性能都是催化劑所必須的，兩者如能夠結合于一種材料中，微孔沸石中引入介孔，制備出介微孔復合催化材料，在需要強酸的大分子反應中具有很大的潛力。
一、介孔沸石的合成
早期合成介孔沸石的方法主要是通過(guò)對沸石后期處理在微孔分子篩中造成介孔，根據制造介孔所用的方法不同，可以分為脫鋁法，脫硅法和熱處理法三種。
沸石脫鋁的方法有水熱法脫鋁和化驗學(xué)法脫鋁。脫鋁可以增加沸石骨架中硅鋁比，從而提高其穩定性，改變bronsted和lewis酸位，調變其酸性。脫鋁后會(huì )在沸石晶體內部形成缺陷，從而產(chǎn)生介孔范圍的孔道。
科學(xué)家們發(fā)現，通過(guò)將沸石分子篩在堿溶液中處理脫除沸石分子篩的骨架硅也可以在沸石分子篩中引入介孔。由于A(yíng)lO-4帶負電荷，OH-存在時(shí)，Si-O-Al鍵的水解受到阻礙，而鄰近無(wú)AI四面體的SI-O-SI鍵相對容易斷開(kāi)。而且沸石分子篩中鋁元素的分布對介孔的形成具有很大的影響，骨架鋁存在對沸石分子篩中硅的脫除具有一定程序的保護作用，因此，可以通過(guò)調控沸石分子篩中鋁的分布來(lái)控制沸石分子篩中所引入的介孔性質(zhì)。
介孔沸石也可以在碳納米粒子模板合成沸石的過(guò)程中通過(guò)精確控制晶化條件合成。通過(guò)使用過(guò)量凝膠，將碳納米粒子包裹在晶體內部，然后培燒除去介質(zhì)碳模板，形成介孔沸石單晶。南非要指出的是碳納米粒子的形貌通常是球形的，因此使用碳納米粒子合成的介孔沸石中的介孔通常是“洞穴”，并且包埋在晶體里面，而非我們通常說(shuō)的具有開(kāi)放孔道的介孔，所以，對沸石的擴散作用并沒(méi)有改善。
二、介孔沸石的應用
1.烷基化反應
烷基化是工業(yè)上廣泛應用沸石的反應，但是由于微孔沸石的擴散限制，使得反應很難完全發(fā)生。因此，許多研究者將介孔沸石應用于該反應中。用碳模板法制備出的介孔ZSM-5分子篩應用于苯和乙烯的烷基化反應中。結果表明，介孔沸石具有比常規沸石更高的活性。這是由于常規沸石造成的擴散制會(huì )導致苯和乙烯烷基化過(guò)程將不容易發(fā)生在介孔沸石之中，而不會(huì )導致類(lèi)似常規沸石上發(fā)生的多聚反應。
2.甲醇制烴及芳構化反應
甲醇制烴反應是一種由煤或生物質(zhì)能制備烴類(lèi)的反應，該反應包含多步的烷基化，裂化及異構化反應，催化反應需要強B酸，需要沸石具有較高的活性。使用介孔沸石，介孔的存在可以延緩焦炭的形成速率，顯著(zhù)延長(cháng)催化劑壽命。
3.異構化反應
沸石常用于烴類(lèi)的異構化反應，獲得高附加值的產(chǎn)品，其中重要應用在改質(zhì)直鏈的石腦油獲得具有較高的辛烷值多支鏈產(chǎn)品。
三、總結
介孔沸石的合成和催化應用的研究自2006年使用軟模板合成介孔沸石的報道之后進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展階段。綜合前期的研究結果，以下幾點(diǎn)可能是下一階段的研究發(fā)展趨勢。
1. 模板的實(shí)用性。
目前研究比較多的模板是碳模板和高分子聚合物，這主要是由于這兩種模板基本上都已經(jīng)商業(yè)化的產(chǎn)品，成本比較低，盡管一些新型的有機硅烷或者模板劑可以合成更有特色的樣品，但是在催化活性沒(méi)有明顯提高的前提下，合成成本仍然是模板選擇的重要參考條件之一。
沸石種類(lèi)的拓展。目前被合成最多的介孔沸石是ZSM-5沸石，其他沸石如B，ZSM-11，ZSM-12，SOD，X，Y和A沸石等也有少量報道。但是相對聯(lián)于數百種沸石來(lái)說(shuō)，介孔沸石的種類(lèi)還是很少的，而且從骨架構成上來(lái)看，硅鋁沸石或者全硅沸石是主體。其他構成如鈦硅沸石，磷酸鋁沸石報道都很少。因此，尋找一個(gè)通用性的方法來(lái)合成更多種類(lèi)的介孔沸石仍然將是介孔沸石合成研究的重點(diǎn)之一。
2. 應用廣泛性。
目前大多數介孔沸石仍然局限于催化劑或者載體應用在傳統煉化中的一些典型反應，如裂化，烷基化等，可以被認為是具有介孔的沸石催化劑。但是從另一個(gè)方面來(lái)講，介孔沸石也是具有沸石功能（強酸性，高穩定性等）的介孔材料，應該在介孔材料的應用領(lǐng)域有更加廣泛的應用，例如作為一個(gè)復合功能的載體而應用在精細化工的很多典型反應。如縮合，酯化，HECK等。這一方面已經(jīng)有了一些研究，但是涉及到的反應類(lèi)型還不夠廣闊。作為一類(lèi)重要的多孔材料，介孔沸石應該有更寬廣的應用領(lǐng)域。
3. 介孔結構的多樣性。
目前大多數介孔沸石的介孔仍然是無(wú)序的，只有納米層狀，ZSM-5的結構可以看作是有序介孔，其他有序結構（二維六方或立方）介孔沸石的研究仍然深入中。
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