离子液体导向合成新型多级孔分子筛及其加氢催化活性的研究

沸石分子筛具有可调节的表面酸性及择形催化性能，在石油化工领域起着及其重要的作用。随着轻质石油资源的快速减少及对其消耗的增加，重质石油正在成为人类的重要能源。而提高重油加氢催化活性的关键是开发新的合成路线制备具有适宜酸性、多级孔道结构的分子筛。本项目基于离子液体的可设计性、低的界面能、较强的溶解能力和配位能力，及离子液体中的氢键、离子簇等特殊结构的优势，从分子筛的孔道与性能开发的角度，"量体裁衣"地构建高效催化剂体系，在含高电荷密度多核阳离子的离子液体的导向下，离子热合成具有新颖结构和特殊性能的新型三维多级孔硅铝分子筛，考察离子液体在合成多级孔分子筛过程中的作用机理；研究重油在分子筛催化剂的多级孔内扩散、吸附及加氢催化反应的规律，揭示多级孔分子筛的结构与重油高效加氢催化转化性能间的构效关系。

沸石分子筛具有可调节的表面酸性及择形催化性能，在石油化工领域起着及其重要的作用。随着轻质石油资源的快速减少及对其消耗的增加，重质石油正在成为人类的重要能源。本项目从重油的高效催化转化性能出发，基于离子液体的可设计性、较强的溶解能力和配位能力，及离子液体中的特殊结构在分子筛多级孔形成过程中的作用，采用一种新的基团贡献法（fragment contribution-corresponding states (FC—CS) method），对离子液体进行筛选，并预测离子液体的性质。设计合成了两种高电荷密度的离子液体，一种是双核的硝基咪唑类，另一种是双氨基咪唑类。硝基咪唑类离子液体阴、阳离子均具有环状结构，包括4, 4´, 5, 5´-四硝基-2,2´-联咪唑阴离子(TNBI)和六种环状阳离子，分别为吡唑环、咪唑环、N-甲基咪唑环、1, 2, 4-三唑环、1, 2, 3-三唑环和3-氨基-1, 2, 4-三唑环。双氨基咪唑类离子液体具有支链长度可调的阳离子，包括1,3-二（2′-氨基乙基）-2-甲基咪唑溴盐(DAIL-Br)和1,3-二（2′-氨基乙基）-2-甲基咪唑醋酸盐(DAIL-Ac)。离子液体的结构和纯度分别采用核磁(NMR)、红外(FTIR)、元素分析(elemental analysis)和电喷雾质谱(ESI)进行了分析表征，并对其物化性质进行了分析。.在离子液体为溶剂和结构导向剂下，制备了具有不同外部形貌的介孔SBA-15及其负载催化剂，并通过XRD、SEM、TEM、IR、BET对其结构进行了分析表征。SEM图显示麦穗状的SBA-15，颗粒大小在1μm左右，像绳结一样聚集在一起。而圆球形的SBA-15，其颗粒大小在6μm左右。TEM图显示制备的SBA-15具有非常规整有序的、且分布极其均一的二维孔道，孔径大约在6nm。搭建了一套加氢小试实验装置，进行了渣油、乙烯焦油催化加氢活性的研究。从加氢粗产品中分馏出汽油 (≤180°C) 馏分和柴油(180~360°C) 馏分，对其硫氮含量，馏程，汽油辛烷值，柴油十六烷值等指标进行了分析。研究了氢气压力、反应温度、空速等条件对加氢效果的影响。本项目的研究不仅可以丰富分子筛开放骨架的结构化学，提高分子筛催化剂的活性，而且对推动全球石油炼制、化学转化与石油化工新技术的发展具有重要的意义。