多级孔道分子筛:溶剂挥发自组装合成及其中的传质-反应协同作用

通过溶剂挥发诱导自组装方法，可控制备同时具有介孔和微孔的多级孔道沸石材料，研究其中的合成规律和结构控制方法。以C5~C7烷烃的异构化为模型反应体系，利用分子模拟研究分子筛内部的吸附和扩散行为，通过DFT计算研究微观反应动力学，建立多级孔道分子筛内部的多组分扩散模型，确定介孔和微孔内部扩散、以及分子筛晶粒表面过程的相对重要性。以反应扩散模型为基础，研究传质-反应协同作用规律；以反应效率（包括速率、选择性和稳定性）为目标，优化沸石分子筛酸的强度、分布，以及多级孔道结构，提高多级孔道沸石材料的催化反应性能。

多级孔道沸石具有传统微孔分子筛不具备的介孔，在保留了沸石择型选择性的同时大幅度的降低了分子的扩散阻力，作为催化材料能大幅提高催化活性，延长催化剂寿命，优化产物选择性，具有重要的工业应用前景。本项目的主要研究结果如下：.（1）提出了通过在沸石晶种表面接枝羧酸根合成多级孔道ZSM-5的方法，验证了晶种表面负电荷加强后更易与CTAB胶束自组装的原理；.（2）通过溶剂挥发自组装法制备干凝胶并进行蒸汽辅助结晶，考察了不同短链硅烷对ZSM-5内介孔形成的影响，以及考察长短硅烷对介孔Beta沸石合成的影响；.（3）采用阳离子聚合物为介孔模板合成了多级孔道ZSM-5，表面宽分散的电荷中心对沸石合成条件下阳离子聚合物的稳定性具有增强作用，据此可筛选阳离子聚合物模板剂；.（4）认为干胶体系中分子筛的成核-生长主要遵循取向连接的生长机制，据此建立了多级孔道BEA分子筛的合成方法，并对比评价了多级孔道BEA上正庚烷的邻氢异构化催化性能；.（5）采用预晶化后的层状前驱体作为中间体，通过引入己三醇作为生长抑制剂，可控制备了纳米堆积结构的SAPO-34分子筛，并在氯甲烷制烯烃反应中显示出较长的催化剂寿命。同样采用己三醇为生长抑制剂，在动态晶化条件下成功地制备了多级孔道SAPO-11分子筛。.（6）通过密度泛函理论计算（DFT）确定了Beta沸石上戊烷临氢异构反应路径、吸附能和活化能。2-戊烯化学吸附时更容易生成2-戊基-氧化物。在5种不同的反应机理中，平面内二甲基环丙烷（DMCP）机理（a路径）和平面外DMCP机理最容易发生。.（7）建立了多孔催化材料内的孔结构模型和反应扩散方程，实现了孔隙率、孔径分布的空间分布优化。阐明了催化剂孔结构参数对催化剂颗粒层次多态现象的影响规律。.本项目的研究结果对多级孔道沸石合成及结构优化有重要的指导作用。