纳米分子筛柱撑层状材料构筑复合双孔道结构催化剂的研究

In the research project, a series of novel surfactants will be devised and synthesized, which will be inserted in montmorillonite interlayer domain by ion exchange and supramolecular assembly to modify the physical and chemical properties of the interlayer microenvironment domain, for making a suitable "microreactor" for synthesizing nano molecular sieve. The synthesis technique and the formation mechanism of the nanomolecular sieve in the interlayer confined-region will be explored. The relationship of the novel surfactant structure and the structure of molecular sieve assembled montmorillonite composite materials to the catalytic performance will be researched. The result composite porous catalytic materials of nanomolecular sieve pillared montmorillonite will be created. The new catalytic material has large pore diameter of the interlayer of montmorillonite as well as the micropores of the nanomolecular sieve in the interlayer. The nanomolecular sieve forming in the interlayer will be small of uniform distribution and stabile for the restriction and fixation of the laminator of montmorillonite.The active centers of the catalyst with synergy of multiple active centers are easily accessible, and the contact time of catalytic reaction is short. Meanwhile, the catalyst will be with high catalytic activity, high separation speed, long operation period, and a controllable selectivity. The researches will have important academic value and practical application promise in macro molecule catalytic reactions.

本课题以苯的烷基化催化功能为导向，拟通过设计合成一系列新型结构的表面活性剂，利用离子交换及超分子组装技术将其插层到天然蒙脱土的层间，研究其对蒙脱土层间域物理、化学性质的调变规律，营造层间域"微反应器"，构筑层间柱撑纳米分子筛的双孔道复合催化剂。探索层间限域合成纳米分子筛的技术路线及形成机制，研究表面活性剂结构与复合材料结构及催化性能的构效关系，制备既具有蒙脱土层间介孔，又具有纳米分子筛微孔的复合双孔道催化剂新材料。由于蒙脱土层板的限制和固定作用，层间形成的纳米分子筛颗粒小且分布均匀，不易团聚，稳定性好。催化剂将具有多活性中心的协同作用，活性中心易于接近，催化反应接触时间短，活性高，分离速度快，运转周期长，选择性好。研究工作具有重要的学术价值，在大分子催化过程中将具有很好的应用前景。

课题研究了蒙脱土层间域物理化学性质的调变规律，在蒙脱土层间成功合成了纳米分子筛等级孔材料，并对其表观形貌、孔道结构、孔分布、比表面积、孔体积、酸度及酸强度、稳定性及催化性能进行了表征，探索了分子筛柱撑层蒙脱土等级孔结构材料的形成机制。取得的主要创新性成果有：. 1. 设计合成了四种新型柔性大分子阳离子表面活性剂，研究了其对天然蒙脱土层间域微环境物理化学性质的调变规律，构筑了蒙脱土层间域微反应器。. 2. 研究了一步法在蒙脱土层间合成分子筛的工艺条件，成功合成了层间微孔分子筛和介孔分子筛，并考察了其催化性能。探索了这类等级孔结构材料的形成机理，建立了表面活性剂结构与材料的层状结构、孔结构及催化性能之间的关系，为该类催化剂的工业化研究奠定了基础。. 3. 研究了层间诱导法、重结晶法制备层间纳米分子筛的工艺条件，成功构筑了微孔纳米分子筛柱撑蒙脱土等级孔催化剂，并研究了材料组成、结构与催化性能之间的关系。该类催化剂对间二甲苯异构化为对二甲苯具有很好的催化活性及选择性。. 4. 研究了一步法在蒙脱土层间限域合成杂原子分子筛及杂原子规整介孔SiO2柱撑蒙脱土等级孔催化剂的工艺条件，并对层间分子筛及层间介孔结构进行了过渡金属杂原子修饰，提高了催化剂的活性、选择性及稳定性，拓展了材料的应用前景。. 5. 研究了两步法在蒙脱土层间合成过渡金属高度分散的分子筛及杂原子规整介孔等级孔催化剂的工艺条件，提高了过渡金属的分散度及稳定性，有效改善了催化剂的活性、选择性及稳定性。. 按计划完成了研究工作，解决并实现了分子筛在蒙脱土层间限域形成而不是在层板外形成的关键技术难题，保证了层间纳米分子筛及金属纳米颗粒的稳定性，提高了材料的催化性能。相关研究成果已发表SCI论文20多篇，申请国家发明专利10项，已有1项获得发明专利授权。. 研究工作为低值天然蒙脱土资源的化学改造和有效、高效、高值利用奠定了基础。