形貌精准可控的多级孔分子筛的固相绿色合成及其催化性能研究

The traditional hydrothermal synthesis of zeolite results in huge wastewater pollution and poor zeolite yield. The solvent-free synthesis of zeolite attracts much attentions due to low pollution and high yield. However, the zeolites under solvent-free route have the disadvantages of mass diffusion limitation and worse catalytic performance. Herein, we fabricate new mass transfer enhanced zeolites synthesized in one-pot solvent-free route by adjusting the length of the defined axis of zeolite crystals, shorting the reaction path for the reactants and introducing the hierarchical pore structures. The current study will employ various in-situ techniques to elucidate the underlying principal for the morphology control of zeolite during the solid synthesis process, and study the structure-performance relationship between the suitable morphology/hierarchical pore structures and the enhancement of mass transfer/catalytic performance. This project will provide a theoretical basis and technical support for the development of high-efficient zeolite catalyst under green synthesis route.

传统的水热法合成分子筛由于溶剂的存在难免造成大量废水污染及产率低等弊端。固相合成法制备分子筛具有无溶剂、废水少、产率高等优点，但其产品存在着传质差、催化性能不佳的问题。针对此瓶颈问题，本项目拟采用一锅法通过添加剂的引入调控分子筛晶粒特定轴向的长度，从而实现分子筛轴向形貌的精准调变并缩短反应路径，同时构筑多级孔道强化传质提高催化性能，研制新型固相法合成高性能分子筛。本项目拟利用多种原位/离线手段揭示固相合成过程中多级孔分子筛形貌调控的演变规律，阐明该分子筛形貌、多级孔道结构与传质及催化性能间的构效关系，为绿色合成高性能分子筛催化剂的研制提供理论基础和技术指导。

传统的水热法合成分子筛由于溶剂的存在难免造成大量废水污染及产率低等弊端。固相合成法制备分子筛具有无溶剂、废水少、产率高等优点，但其产品存在着传质差、催化性能不佳的问题。针对此瓶颈问题，本项目在固相合成分子筛过程中，通过廉价添加剂(尿素,碳酸氢铵等)的引入来调控分子筛晶粒特定轴向的长度，从而实现分子筛轴向形貌的精准调变并缩短反应路径，增强了催化性能，实现了高性能分子筛催化剂的绿色合成。实验结果表明：通过添加尿素在固相条件下合成的c轴导向片状多级孔ZSM-5具有较高的结晶度，并且c轴/b轴的比例可在5~35之间调整。同时构筑了多级孔道强化传质，其对甲醇制汽油的反应寿命高达950小时，汽油组分选择性达到63%；通过添加碳酸氢铵，以石英棉为硅源，使其在固相合成中原位转化，合成了c轴导向中空纤维状多级孔ZSM-5分子筛，其在甲醇制汽油反应中的催化性能也大为提高。而且，本项目采用原位XRD等多种表征手段揭示了固相合成过程中多级孔分子筛形貌调控的演变规律，阐明了该分子筛形貌、多级孔道结构与传质及催化性能间的构效关系，为绿色合成高性能分子筛催化剂的研制提供了新的思路。