含Bi中孔分子筛的合成表征与催化性能

论文摘要

以十六烷基三甲基溴化铵为模板剂,正硅酸乙酯为硅源,硝酸铋为铋源,在弱碱性的条件下用水热法首次合成了含主族金属元素铋（bismuth）并具有MCM-41结构的Bi-Si中孔分子筛（Bi-MCM-41）,考察了该分子筛在苯乙烯催化氧化制苯甲醛反应中的催化活性。通过XRD、N2吸附等温线、TG、SEM、FT-IR、UV-Vis等多种表征手段对Bi-Si中孔分子筛进行结构、性质分析,结果表明:所合成的分子筛具有良好的长程有序结构和孔结构,并且铋高度分散于分子筛骨架中。随着铋含量的增加,分子筛的晶面间距增大,结晶度则有所下降。Bi-Si中孔分子筛在苯乙烯催化氧化制苯甲醛的反应中有较好的催化活性,苯乙烯的转化率随金属含量的增加而提高,影响它的主要因素是分子筛中骨架铋含量;苯甲醛的选择性则有所降低,影响它的主要因素是分子筛的长程有序度。对Bi-Si中孔分子筛的合成条件进行了筛选,通过调变水的用量,模板剂的用量,pH值,晶化温度,晶化时间,得到了合成Bi-Si中孔分子筛的较优条件:水/二氧化硅=150,表面活性剂/二氧化硅=0.2,pH=9,晶化温度120℃,晶化时间48h。同时对合成机理及各种合成条件的影响进行了较为深入的探讨。对Bi-Si中孔分子筛催化氧化苯乙烯制苯甲醛的溶剂的种类、用量,反应时间,反应温度,双氧水浓度,催化剂用量等条件进行了优化,获得了较佳的反应条件,结果表明:在以25ml甲醇为溶剂,以4.5ml H2O2（30%）为氧化剂,苯乙烯用量1.5ml,催化剂用量为0.075g,80℃反应2h的条件下,苯乙烯转化率43.1%,苯甲醛选择性73.5%,苯甲醛产率达到31.7%。文中对可能的氧化反应机理进行了推测:催化剂两个活性位各结合一个双氧水与一个苯乙烯反应,生成苯甲醛和甲醛。分别以硅酸钠、正硅酸乙酯、硅溶胶为硅源合成了Bi-Si中孔分子筛。通过XRD、UV-Vis等表征手段对其进行分析并进行苯乙烯催化氧化活性测试,结果表明不同的硅源所合成的分子筛性能有所不同,以正硅酸乙酯和硅酸钠为硅源所合成的分子筛具有良好的长程有序结构,对苯乙烯催化氧化制苯甲醛的反应有较好的催化活性。

论文目录

• 第一章 文献综述
• 1、 MCM-41 类型中孔分子筛的合成
• 2、 MCM-41 类型中孔分子筛的合成机理
• 2.1 表面活性剂在水溶液中的存在状态
• 2.2 液晶模板机理
• 2.3 协同模板机理
• 2.4 层状向六方相结构转变机理
• 3、 MCM-41 类型中孔分子筛的常用表征方法
• 4、 MCM-41 类型中孔分子筛的应用
• 4.1 氧化还原催化剂
• 4.2 催化剂的载体
• 4.3 吸附剂
• 4.4 其他领域的应用
• 5、本文主要的研究工作
• 第二章 实验方法
• 1、主要试剂、设备及仪器
• 2、催化剂合成方法
• 3、催化剂的表征方法
• 4、催化剂活性评价方法
• 第三章 Bi-Si 中孔分子筛的合成、表征与催化性能
• 1、纯硅 MCM-41 中孔分子筛的合成与表征
• 1.1 水热法合成纯硅 MCM-41 中孔分子筛
• 1.2 室温法合成纯硅 MCM-41 中孔分子筛
• 1.3 XRD 光谱分析
• 2、 Bi-Si 中孔分子筛的合成、表征与催化性能
• 2.1 水热法合成 Bi-Si 中孔分子筛
• 2.2 催化剂孔结构的表征
• 2.2.1 XRD 光谱分析
• 2.2.2 N2 吸附等温线
• 2.2.3 热重分析
• 2.2.4 SEM 照片
• 2.3 铋的配位状态的表征
• 2.3.1 FT-IR 光谱分析
• 2.3.2 UV-Vis 光谱分析
• 2.4 催化氧化性能
• 2.4.1 苯乙烯氧化的反应路径
• 2.4.2 催化剂活性评价
• 第四章 Bi-Si 中孔分子筛合成条件的优化
• 1、水量的影响
• 2、模板剂用量的影响
• 3、pH 值的影响
• 4、晶化温度和晶化时间的影响
• 第五章 苯乙烯催化氧化反应机理及反应条件的优化
• 1、苯乙烯氧化的反应机理
• 2、较优反应条件的选择
• 2.1 溶剂种类的影响
• 2.2 反应时间的影响
• 2.3 反应温度的影响
• 2.4 双氧水浓度的影响
• 2.5 催化剂用量的影响
• 2.6 溶剂用量的影响
• 第六章 不同硅源合成 Bi-Si 中孔分子筛及其催化性能
• 1、分别以硅酸钠、正硅酸乙酯、硅溶胶为硅源合成 Bi-Si 中孔分子筛
• 2、催化剂的表征
• 2.1 XRD 光谱分析
• 2.2 UV-Vis 光谱分析
• 3、催化剂活性评价
• 第七章 结论
• 参考文献
• 在读期间发表论文
• 致谢