《納米雜多金屬催化材料的調控合成》是依託東南大學，由肖國民擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：納米雜多金屬催化材料的調控合成
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：肖國民
- 依託單位：東南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
本課題選擇催化劑易失活的醛氨縮合反應，提出了套用ALD技術在改性沸石中精確定位引入高分散、尺度均一的納米雜多金屬顆粒，增強協同催化從而達到提高催化活性。同時精確定量引入金屬氧化物（如氧化鋁或二氧化鈦等）來改變催化劑載體孔徑及孔道結構，提高催化劑擇型催化效果來提高目標產物的選擇性。ALD技術在催化劑表面定量塗覆的金屬氧化物膜，可在金屬顆粒表面定量包裹和定位包裹，有效的防止金屬納米顆粒因高溫而聚結，保持催化活性。同時塗覆在金屬顆粒表面的氧化物將定位覆蓋金屬晶面，可弱化產物分解而生成的高碳物質，減少結碳，延長催化劑使用壽命。利用BET、XRD、RT-IR、TGA、SEM、TEM和氫氧滴定等多種技術對催化劑進行表征，並考察催化劑在醛氨縮合反應過程中各項性能，研究製備參數與催化劑物化性質及催化性能的關係。研製防止結碳、使用壽命長和目標產物選擇性高的催化劑。
結題摘要
本課題對傳統的醛氨縮合催化劑ZSM-5分子篩通過離子交換進行金屬離子改性，XRD、FT-IR、XPS、SEM等表征表明金屬離子成功地引入分子篩骨架中。以甲基吡啶為目標產物篩選出了具有較高的活性的Pb-ZSM-5和Zn-ZSM-5催化劑，結合NH3-TPD、TPO、TGA、N2-BET、Py-FTIR等表征，發現金屬離子的引入增加了催化劑的弱酸位，這些弱酸位基本屬於L酸，降低了催化劑的表面的強酸位（多為B酸）；而在反應中B酸位有利於4-甲基吡啶的生成，而L酸位則有利於2-甲基吡啶的生成。提出了基於B酸位的4-甲基吡啶的可能反應機理，以及基於L酸位的2-甲基吡啶的可能反應機理。但是這兩類催化劑的抗積碳性能不佳，這可能是由於離子交換時分子篩孔道骨架受到少量破壞，而分子篩孔道的改變會影響積碳，引起了積碳速率的增加。採用ALD法在ZSM-5表面塗覆ZnO進行改性，得到了ZnO在ZSM-5表面的生長機理。ALD改性的催化劑在醛氨縮合反應中顯示出了優異的催化性能，吡啶鹼總收率可達65%，高於相應離子交換法製備的催化劑（58%）。而且使用過後催化劑的TPO和TG表徵結果表明，ALD改性催化劑的積碳量要低於相應離子交換改性的催化劑，具有一定的抗結焦性能。採用雙模板劑法製備了具有不同矽鋁比的多級孔HZSM-5催化劑，並採用ALD法沉積ZnO對其表面進行修飾。結果表明適當晶內介孔孔道的引入可以大大提升催化劑的催化活性，同時由於介孔孔道有利於大分子化合物的出入，可以有效的減少積碳的形成，延長催化劑的壽命。針對丙醛和氨氣生成2-乙基-3，5-二甲基吡啶（EDMP）的反應，選擇合成了AEL型磷酸鹽分子篩為催化劑，合成了AlPO4-11、SAPO-11、CoAPO-11、ZnAPO-11、MgAPO-11五種分子篩。其中CoAPO-11具有最高的總酸量及強酸量，MgAPO-11具有最多的弱酸性位點。其催化活性也最高，EDMP收率接近80%，選擇性接近90%。對ZnO/ZSM-5系催化劑的甘油芳構化活性進行了研究，其中ALD法製備的ZnO/ZSM-5催化劑具有最高的BTX收率，且相對於其他方法製備的催化劑，其積碳速率明顯降低，具有較長的使用壽命。
