基本信息
- 项目名称：
- 天然沸石二次合成制备杂原子分子筛与应用研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 在保持天然沸石结构的前提下，将具有特殊催化性能的金属离子同晶取代到天然沸石的骨架上，改变天然沸石的骨架组成，以赋予天然沸石良好氧化还原性、固体酸碱性以及高效的催化性能，将廉价的天然沸石改造成高效的精细合成催化材料或环境保护功能材料。
- 详细介绍：
- 以酸处理脱铝后信阳天然斜发沸石为载体，硫酸钛、钛酸正丁酯和四氯化钛为钛源，分别采用浸渍法和气相法制备出钛掺杂沸石光催化剂。采用X-射线衍射和傅立叶红外光谱分析了沸石酸处理及钛取代前后结构。结果表明，80 ℃下，4 mol/L盐酸处理10 h后沸石结构发生了显著变化，但仍保持Al–O–Si骨架结构。红外光谱结果证明Ti4+与沸石形成稳定的Ti–O–Si键。在以300W紫外灯为光源进行罗丹明B (Rh B)脱色反应，考查了含钛沸石的光催化活性。初始浓度为80 mg/L，光照1.5 h后罗丹明B的去除率为98.18%
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 在保持天然沸石结构的前提下，将具有特殊催化性能的金属离子同晶取代到天然沸石的骨架上，改变天然沸石的骨架组成，以赋予天然沸石良好氧化还原性、固体酸碱性以及高效的催化性能，将廉价的天然沸石改造成高效的精细合成催化材料或环境保护功能材料。
科学性、先进性及独特之处
- 在保持天然沸石结构的前提下，赋予天然沸石良好氧化还原性、固体酸碱性以及高效的催化性能，从而有望将廉价的天然沸石改造成高效的精细合成催化剂或环境保护功能材料。因此，本课题将合成分子筛中同晶取代的理论与天然沸石改性相结合，既是对同晶取代理论的验证和丰富，具有很高的学术价值，同时又为天然沸石改性成可大规模工业化应用的杂原子分子筛提供一条切实可行的途径，有很好的应用前景。
应用价值和现实意义
- 作品将具有特殊催化性能的金属离子引入到天然沸石的骨架上，改变天然沸石的骨架组成，以赋予天然沸石良好氧化还原性、固体酸碱性以及高效的催化性能，从而有望将廉价的天然沸石改造成高效的精细合成催化剂或环境保护功能材料
学术论文摘要
- 以酸处理脱铝后信阳天然斜发沸石为载体，硫酸钛、钛酸正丁酯和四氯化钛为钛源，分别采用浸渍法和气相法制备出钛掺杂沸石光催化剂。采用X-射线衍射和傅立叶红外光谱分析了沸石酸处理及钛取代前后结构。结果表明，80 ℃下，4 mol/L盐酸处理10 h后沸石结构发生了显著变化，但仍保持Al–O–Si骨架结构。红外光谱结果证明Ti4+与沸石形成稳定的Ti–O–Si键。在以300W紫外灯为光源进行罗丹明B (Rh B)脱色反应，考查了含钛沸石的光催化活性。初始浓度为80 mg/L，光照1.5 h后罗丹明B的去除率为98.18%
获奖情况
- 已被《环境工程学报》（中文核心期刊）接收。待发表
鉴定结果
- 待发表
参考文献
- [1] 葛学贵, 左玉明, 李大好, 等. 上天梯斜发沸石的综合利用研究浸渍液净化剂及缺铝型沸石的制备. 地质科技情报, 2000, 19(4): 70-74 [2] 程刚, 周孝德, 李艳, 等. 天然沸石负载La2O3- ZnO-TiO2光催化降解活性艳红K-2BP. 环境工程学报, 2008, 2(12):1626-1630 [3] 蒋引姗, 金为群, 张军, 等. TiO2/沸石复合物结构和光催化性能. 无机材料学报, 2002, 17(6): 1301-1305 [4] Fangfei Li., Shenmei Sun., Yinshan Jiang., et al. Photodegradation of an azo dye using immobilized nanoparticles of TiO2 supported by natural porous mineral. Journal of Hazardous Materials, 2008, 152(3):1037-1044 [5] 杨靖, 周慧, 肖丽萍. 等. 天然沸石同晶取代制备钛丝光沸石. 浙江大学学报(理学版). 2010, 37(5):556~559 [6] 牟柏林, 李芳菲, 侯天意, 等. 天然沸石对提高TiO2光催化活性的作用. 吉林大学学报(地球科学版), 2006, 36(4): 668-672 [7] 王维清, 和丽丽, 冯启明, 等. 热处理温度对斜发沸石结构及其载Cu2+量的影响. 非金属矿, 2007, 30(1): 8-10 [8] Carvajal R., Chu P. J., Lunsford J. H. The role of polyvalent cations in developing strong acidity: A study of lanthanum-exchanged zeolites. Journal of catalysis, 1991, 125(1): 123- 131 [9] 周炜, 淳远, 须沁华, 等. 新型液固相同晶取代法制备Ti-β沸石. 高等学校化学学报, 2004, 25 (1): 16-20
同类课题研究水平概述
- 上天梯沸石矿床发育于东秦岭地槽褶皱系大别隆起带北侧的淮阳断陷带内，矿区位于信阳市东部20公里上天梯一带，地质情况较简单。矿石主要是玻屑凝灰岩基脱玻化的产物，储量达6500万吨以上。矿石中主要为斜发沸石，含量约78﹪。信阳天然沸石硅铝比为9.14，属高硅沸石。其主要物理特性为：单斜晶系，针状、纤维状棉花状合体，三维结构。沸石矿样比表面积397㎡/g，有效孔径3.8~4.5Å。 目前，许多和沸石结构类似的矿物已成为人们研究的重点，现在合成的新型孔道矿物都是以天然矿物为基础。其大都是通过TiCl4 气固相同晶取代法,经过脱铝补钛两步使Ti进入沸石的骨架.相对于气固相同晶取代法, 液固相同晶取代法是一种环境友好的制备方法. 但由于很多含钛的化合物在水中极易水解。据文献报道, 将钛的醇盐通过浸渍的方法负载到沸石上可以得到含钛沸石. 但用该法制得的这些样品并不含有高催化活性的四配位骨架钛, 仅仅因为表面含有钛的氧化物种而具有一定的催化性能. 相对于TiCl4 和各种钛的醇盐, Ti(SO4)2 在水中非常稳定, 并且其酸性有助于在液固相同晶取代过程中使沸石骨架中的铝原子脱出, 并使钛原子进入骨架。Sheldon等认为，同晶取代的沸石与通常的非均相催化剂相比有如下几个优点：①具有规则的微环境、均匀的内部结构、不变孔腔的孔道体系；②孤立的氧化-还原金属中心阻止了活性物种(M=O)因二聚或齐聚而失活；③提高了金属在结构中的稳定性；④可能进行形状选择氧化；⑤有更显著的溶剂效应，分子筛可视为能从主体溶剂中抽出有机底物的第二种溶剂；⑥孔大小及憎水或亲水性可以微调，从而对氧化催化剂进行筛选。由于天然沸石纯度低，孔道容易被堵塞，且沸石晶体中存在缺陷，因此，如何有效地通过脱铝使沸石结构纯化并保留其原硅酸结构，是成功地将Ti引入沸石骨架上的关键所在。
