介孔模板与硅烷偶联剂协同作用构筑有序介孔ZSM-5沸石

有序介孔沸石的合成一直是分子筛合成领域的研究热点。针对目前模板法合成介孔沸石中存在着介孔模板导向作用弱和介孔结构易坍塌等问题，本项目提出将硅烷偶联剂引入介孔沸石合成中，在介孔模板和硅烷偶联剂协同作用下合成有序介孔ZSM-5沸石。具体来讲是硅铝物种在介孔模板与硅烷偶联剂的共同导向下，形成孔壁由硅铝物种构成的介孔结构，然后强化晶化条件使孔壁晶化为ZSM-5沸石。硅烷偶联剂一方面作为共结构导向剂，增强硅铝物种与介孔模板间的作用力，从而形成介孔结构；另一方面能够改变ZSM-5沸石的生长机理，使沸石物种定域晶化，避免因沸石晶体生长而造成的介孔结构不稳定。在此基础上研究有序介孔ZSM-5沸石的传质性能和Pechmann缩合反应制备羟甲香豆素的催化反应性能。本项目拟开展的研究，无论对于丰富分子筛材料的合成化学，还是推动沸石分子筛在精细化工领域的应用都具有重要的意义。

构筑多级孔结构沸石分子筛对于改善分子筛的传质性能，提高分子筛的利用效率、稳定性及选择性都具有重要意义。本项目旨在硅烷偶联剂作用下合成具有多级孔结构的MFI型沸石，并研究该沸石在催化及吸附领域内的应用。具体工作如下：1）在硅烷偶联剂作用下合成了多级孔结构ZSM-5沸石，采用XRD、SEM、TEM、N2吸脱附和29Si MAS NMR考察了结构和形貌随晶化时间的变化。结果显示在合成的初期生成了无定型的硅铝酸盐微米球，随着晶化时间的进行，无定型的硅铝酸盐逐渐晶化为ZSM-5沸石结构，而始终维持球形形貌不变。首次在硅烷偶联剂作用下从传统沸石合成溶液中观察到了定域晶化现象。此外，在除去无定位硅物种后，多级孔结构ZSM-5微米球在苯和苯甲醇烷基化和聚丙烯裂解反应中表现出良好的催化性能。2）在硅烷偶联剂作用下合成了具有晶内介孔的silicalite-1沸石，并研究了其二甲苯异构体和甲酚异构体的液相吸附行为，发现合成的具有晶内介孔的silicalite-1沸石具有良好的对位吸附选择性，此外由于引入介孔提高了沸石的传质性能，二甲苯异构体和甲酚异构体在沸石上的吸附速率有了明显提高。3）在硅烷偶联剂氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）作用下成功合成了具有多级孔结构的FeZSM-5沸石，由于多级孔结构的存在，FeZSM-5表现出了优于传统纳米FeZSM-5沸石的N2O催化分解性能和N2O直接氧化苯制苯酚性能。