杂原子磷酸铝分子筛的离子热合成及催化性能研究

离子热合成法是2004年才出现的一种分子筛合成新方法，与传统的水热合成法不同的是，离子热合成法使用离子液体作为反应介质（替代了水），其合成反应可以在常压下进行且无需外加模板剂。申请者从2005年开始从事离子热合成分子筛的研究，采用这种方法已经合成出了AlPO-11等多种磷酸铝分子筛。最近又将离子热合成法引入杂原子磷酸铝分子筛（MeAPO-n）的合成中，合成出了Mg取代的MAPO-11分子筛，该分子筛在烷烃的异构化反应中显示出了优异的催化性能。本项目拟在上述工作基础上，继续对离子热法合成MeAPO-n分子筛及其催化性能进行探索研究。考察离子热合成条件对MeAPO-n分子筛物化性质的影响，利用离子热常压合成的特点在原位或准原位上研究MeAPO-n分子筛的离子热合成过程并推测其微观机理。根据反应评价结果及相关表征结果尝试揭示MeAPO-n分子筛的物化性质同其异构化反应性能之间的关系。

离子热合成法是一种近期出现的全新的分子筛材料合成方法，同传统的水热以及溶剂热等合成方法相比具有常压合成环境以及合成可调变量多等特点。本项目在设计合成不同结构离子液体的基础上，详细研究了离子热合成过程中的结构导向作用，发现了在合成过程中离子液体与有机胺可以共同导向生成特定结构的分子筛，此外引入不同结构的有机胺还可通过混合导向作用生成具有三维笼状结构的分子筛，利用上述的结构导向作用申请者成功制备了一种具有CLO 拓扑结构的20元环超大微孔磷酸铝分子筛。在杂原子磷酸铝分子筛离子热合成方面，合成了Mn、Mg、Si等元素掺杂的AFI、AEL、LTA以及CHA结构的磷酸铝分子筛以及11种元素掺杂的CLO分子筛。杂原子的掺杂改变了AFI、AEL、LTA以及CHA分子筛的比表面积、孔容以及酸性等物化性质，从而影响了分子筛的催化性能。其中Mg掺杂的AEL分子筛在正十二烷的临氢异构化反应中表现出了最佳的反应性能，在280℃、WHSV=0.3h-1的常压反应条件下正十二烷的转化率为92.8%，选择性为94%。对于CLO分子筛而言，杂原子的引入有效地提高了其骨架的热稳定性，制备的Co、Si同时掺杂的CLO分子筛在120℃、6h的反应条件下在环己烷氧化反应中转化率为8.1%，醇和酮的选择性达到了74.2%。