胺热法合成磷酸硅铝分子筛的探索研究

分子筛是一类重要的无机多孔材料，除经典的水热合成法外，溶剂热、离子热和气相转移法也被用于分子筛合成。新合成方法的出现极大促进了分子筛新材料的开发和分子筛晶化机理的研究。本项目立足于探索分子筛合成的新方法，创新性地提出采用有机胺同时作为合成的溶剂和结构导向剂，进行胺热法合成分子筛的研究。初步实验结果证实该方法能高收率合成SAPO-34分子筛（90.7％），且有机胺在合成后与低流动性的凝胶状产品自成两相，可方便地分离回用。本项目拟对胺热法合成分子筛的普适性开展研究，认识掌握该方法具有的特点和规律；揭示胺热体系所产生的强碱性环境下分子筛合成的微观晶化机理，深入对合成过程的认识，增强对合成产品的调控能力；重点考察具有工业应用价值的SAPO-34分子筛的胺热合成条件与晶化产品物化性质之间的关联，探索其在甲醇转化制烯烃反应中的催化应用。

分子筛作为重要的无机微孔结晶材料，在催化、吸附分离、离子交换等领域获得了广泛的研究和应用。除经典的水热合成方法外，溶剂热、离子热、气相转移法、干法等也被用于分子筛的合成探索。新合成方法的出现极大促进了分子筛新材料的开发和分子筛晶化机理的研究。本项目立足于探索分子筛合成的新方法，创新性地提出了有机胺同时作为分子筛合成的溶剂和模板剂（定义为胺热法），一方面对胺热法的普适性进行了广泛研究，认识该方法的特点和规律，另一方面对胺热合成的条件与所得材料的性质进行了关联，同时也探索了胺热法合成的分子筛在催化和气体吸附分离方面的应用。取得的主要成果如下：1）胺热法合成磷酸硅铝分子筛具有普适性（包括烷基胺和醇胺），可以合成得到多种SAPO分子筛,同时发现多种合成SAPO分子筛的新型模板剂；2）研究了具有工业应用背景的SAPO-34分子筛的合成，发现胺热过程可实现SAPO-34的快速高收率合成（收率大于90%，晶化时间12h），并且合成后的有机胺可以回收再利用，整个胺热过程具有高效绿色环保的特点；3）选取SAPO-34分子筛的典型合成过程，进行了微观晶化机理研究，发现一种包含双六元环的半晶态层状相是合成的关键活性前躯体，该前躯体通过重排可快速形成SAPO-34；4）胺热合成的SAPO分子筛在 CO2/CH4气体吸附分离中展现了出色的分离能力，SAPO分子筛的酸强度与其CO2的吸附量之间存在一定的正比关系，同时SAPO-34分子筛在甲醇制烯烃反应中表现了良好的催化性能。本项目很好地达到了预期目标，不仅实现了分子筛合成方法的创新，同时获得了可以快速高效合成具有优良催化性能和吸附分离能力的SAPO分子筛材料，部分合成体系具有潜在的实用价值。在本基金资助下，共发表SCI 论文9篇，申请专利8 件，在国际和国内会议上各作口头报告1次，毕业研究生2名。