分子筛与多孔材料化学课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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：,M,n,+,Al,2,O,3,nSiO,2,mH,2,O,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,m,2,/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,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：,nM,1,m+,-mM,2,n+,洗涤剂：消除水中的,Mg,2+,与,Ca,2+,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：,Hg,2+,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：,NaZ,NH,4,Z 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,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,+,CuSO,4,苯二酚,+,铜盐,+,Na,2,SO,4,(,对位较少,),新方法：,TS-1,：,微孔：,5,.5,苯酚,+,H,2,O,2,苯二酚,+,H,2,O,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,),：,重要化工原料，价格较高,邻二甲苯,(5.6,),：,价格较低,催化异构化？一致未发现较好催化剂！,ZSM-5,：,二维孔道：,5.5,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,( 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，甲醇可以高选择性地转化为乙烯！,-,Aika,et al,.,Science, 1999.,纳米孔作为分子反应器,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,C-Nanotubes,in AlPO,4,-5,单壁最小孔径（,4,）,碳纳米管在微孔晶体内生成,-,Nature,408, 50, 2000.,微孔分子筛的形貌控制,大单晶：,微设备和器件、结构解析,纳米晶体,优异功能、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,A,X,MOR,MOR,-,Chem. Mater., 1999.,APO-5,SOD,Silicalite,-I,MOR,MOR,FAU,Single Crystals of Zeolites,The SEM of Single Crystals,FAU,LTA,-,Adv. Mater., 1999,-,Microporous,and,Mesoprous,Mater., 1999,SOD,100,nm,Nanosized,Zeolites,FAU,LTA,-,Chem. Mater.,Nanosized,ZSM-5,形貌控制 纳米颗粒、纤维、膜,J. Am. Chem. Soc.,2000, 122, 3530-3531,ZSM-5,Silicalite,-1,TS-1, LTA,beta, Y, X,不同的型貌,Film,Fiber Crystal,Morphological control of mesoporous silica,Sphere and Fiber of,Mesoporous,Structure,Mesoporous,Silica Spheres and Fiber,- Chem. Mater.,1997, 9, 14,Mesoporous,Silica Film on Silicon Single Crystal,分子筛与多孔材料领域,研究人员众多,International,Zeolite,Association,International Catalysis Association,Asian Pacific Association of Catalysis Societies,Chinese,Zeolite,Association,分子筛与多孔材料领域,高质量的研究工作,Nature, Science, JACS,Angew,. Chem.,Microporous Mesoporous,Mater.,Chem. Mater. , J. Phys. Chem. B.,ACS,RSC,American Patents, European Patents, ,International Meetings (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、吸附与分离,高技术领域,环境治理,生物领域,分子筛与多孔材料领域,国际研究热门，,50,多年长盛不衰,就业热门,目前世界各国和著名公司仍然投入大量精力进行研究！,本领域有大量的国际知名公司：,Exxon,，,Mobil,，,UOP,，,UCC,，,PG,，,BP,，,Shell,，,SinoPec,，,PetroChina,，,BASF,