高效制备生物柴油关键催化剂中的分子筛的分形特征

通过醇酯交换反应制备生物柴油的关键问题是研发高效、稳定的分子筛催化剂制备技术，其前提条件是必须明晰分子筛微观结构和表面特征的真实信息。本项目基于分形维数概念和分形几何理论，利用各种表征方法和实验结果，以醇酯交换技术制备生物柴油过程中的分子筛催化剂为研究对象，设计和制备具有多尺度和多维化孔道结构的复合分子筛，在分子水平上或在纳米范围内研究其结构信息（表面缺陷、孔形及孔的网络结构），科学地描述在有序和无序、微观和宏观之间以及微观结构演变和表面性能的变迁过程，旨在提高醇酯交换反应过程的催化活性，澄清影响规律；在更微观层次上比较准确地了解其催化行为；揭示催化剂组成－结构－性能之间的构效关系，同时把分维作为催化剂重要的表征参量之一，为研究催化反应机理和评估催化剂性能提供一种新的思路；并最终为解决制备生物柴油固体催化剂关键技术及其在能源化工相关领域中的应用提供重要的理论依据和实际指导。

本项目主要围绕三个方面开展研究工作：1. 设计和制备具有多尺度和多维化孔道结构的复合分子筛；2. 通过醇酯交换技术阐述制备生物柴油过程中的分子筛催化剂的构效关系；3. 基于分形维数概念和分形几何理论，利用上述表征方法和实验结果明晰复合分子筛微观结构和表面特征的分维信息。相关的研究结果如下：. 对Y型分子筛和Beta分子筛的合成化学进行了系统研究，首次提出逐步诱导法制备具有双微孔结构的Y/Beta复合分子筛，通过表征发现碱度调节和晶化过程对Beta相与Y沸石相的比例起着重要作用。与目前文献报道的方法相比，该方法具有简单，快速和可控等特点。同时我们提出一种液相交换与高温固相交换相结合的新方法，并深入研究了金属离子回收工艺，为降低生产成本提供了重要的理论依据。此外，以双介孔SiO2分子筛(BMMs)为研究对象，系统考察了氨水含量，碱类，共溶剂等因素对BMMs结构性能和形貌特征的影响规律。. 以BMMs为载体，使用浸渍法负载磷钨酸(HPW)，制备出一系列负载型杂多酸催化剂，研究了水，乙腈，乙醇和丙酮等溶剂对BMMs负载HPW的影响。利用醇酯交换反应，详细考察了反应条件对制备生物柴油的影响，探索了催化剂的失活机理与再生方法，结果表明表面积碳和HPW的流失可能是活性下降的主要原因。采用浸渍法制备出Li2O/MgO-BMMs催化剂，结果表明“一步法”合成路线有利于MgO在BMMs表面均匀分散，同时避免Li2O对介孔结构的破坏作用。玉米油与甲醇反应性能表明催化活性与载体合成方式，以及MgO含量和Li2O负载量密切相关，揭示了催化剂组成－结构－性能之间的构效关系。.SAXS图谱表明上述复合分子筛均具有分形结构。随着Beta量的增加，直线的斜率增加，即分维数增加，表面越粗糙。且直线段的范围变宽，并向小波矢区域延长，说明其拥有的分形结构的尺度范围越宽。结合XRD，BET以及SEM和TEM的表征结果，清晰说明复合分子筛具有多尺度多维化结构的复合分子筛的结构特征，从理论上分析了微观结构和分形特征，为催化剂结构设计和制备方法提供了实验指导和理论依据。 . 基于上述研究结果，我们发表研究论文20篇，授权中国发明专利3项，出席国内外学术会议7人次，邀请国际著名学者来华访问1人次，培养博士和硕士研究生10名。总之，较好地完成了本项目拟定的研究内容，并实现预期目标。