中微雙孔分子篩的結構建模及構效關係研究

《中微雙孔分子篩的結構建模及構效關係研究》是依託華南理工大學，由奚紅霞擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：中微雙孔分子篩的結構建模及構效關係研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：奚紅霞
• 依託單位：華南理工大學

項目摘要

中微雙孔分子篩是一類重要的新型多級孔複合材料，但其孔道結構的複雜性和現階段微尺度表征技術的局限性極大地制約了人們對其微觀結構特性、形成機理等的認識，進而嚴重影響到其實用化。本項目建議建立準確的中微雙孔分子篩原子級結構模型，研究孔壁晶化程度、表面粗糙程度、酸中心分布等結構因素對其水熱穩定性、酸性強度的影響，為實用化提供微觀層面上的結構信息；採用介觀動力學（MesoDyn）和耗散粒子動力學（DPD）方法研究中微雙孔分子篩形成過程的介觀相行為，揭示其形成機理，實現材料的結構控制合成；並以燃油中的二苯並噻吩、4，6二甲基二苯並噻吩等大分子硫化物的加氫脫除為目標開展構-效關係研究，實現對中微雙孔分子篩的結構與吸附、催化性能之間關係的基礎性理解。項目成果可提供一套從模擬和實驗的雙重角度來探索中微雙孔分子篩結構、構-效關係的理論和方法，從而推動中微雙孔分子篩的實用化進程，具有重要的科學意義和實用化背景。

結題摘要

本項目設計合成了一系列季銨鹽表面活性劑，這些表面活性劑的憎水端為長鏈烷基，而親水端由季銨鹽基團組成，親水的季銨鹽基團可以和沸石合成液中的前驅體相互作用引導沸石的晶化，而長鏈烷基聚集填充在沸石骨架中導致了介孔的形成。利用這些特殊設計的表面活性劑和有機矽烷作為模板分別成功地製備出了多級孔ZSM-5、Beta和Y型沸石分子篩，並研究了它們的結構性能。醇醛縮合和酯化反應表明製備的多級孔沸石有較高的催化活性和較長的使用壽命。 本項目創新性地使用Material studio軟體構建了多級孔ZSM-5沸石的原子結構模型，採用分子力學方法對所構建的模型進行了最佳化及驗證。利用模特卡羅方法研究了甲苯和苯 VOC 分子在模型中的吸附，揭示了甲苯和苯氣體在多級孔 ZSM-5 沸石分子篩中的吸附行為。 本項目創新性地採用耗散粒子動力學(DPD)方法研究了模板劑的致孔機理。首先建立了表面活性劑,TEOS和水的粗粒化模型，然後模擬了由表面活性劑,TEOS 和水組成的沸石前驅液的自組裝過程，模擬結果表明該自組裝體系可以形成球形狀膠束相，憎水的烷基部分組成了膠束的核而親水的季銨基部分和TEOS一起組成了膠束的殼。在一定剪下力作用下，這些球形膠束可以轉變為規則排列的圓柱狀膠束相。這些規則排列的膠束相結構最終引導了多級孔沸石結構的形成。 本項目創新性地將紫外和酸萃取結合使用在不破壞片層分子篩表面矽醇基的情況下成功移除了沸石骨架中的模板劑，然後再在移除模板劑的沸石樣品中插入BTEB (bis(triethoxysilyl)benzene)分子，BTEB 分子和片層沸石表面的矽醇基相互作用形成了共價鍵，最後通過氨化作用在 BTEB 分子中嫁接入胺基，形成了酸鹼雙功能催化劑。Acetal hydrolysis‒Knoevenagel縮合串聯反應表明本論文中製備的雙功能雜化材料相比於普通沸石表現出了優異的催化活性，且產物的產率比較高。 本項目中發展的製備多級孔沸石以及酸鹼雙功能催化劑的方法可以套用到其它多級孔材料和雜化材料相比於普通沸石表現出了優異的催化活性，且產物的產率比較高。 本論文中發展的製備多級孔沸石以及酸鹼雙功能催化劑的方法可以套用到其它多級孔材料和雜化材料的製備中，得到的多級孔沸石和酸鹼雙功能催化劑因其具有優良的性能，期望可以作為一種潛在的先進材料被套用於化工、醫藥、航空航天等領域。