题目：水热法合成TS和MCM分子筛的研究

摘要：沸石分子筛是一种结晶态的硅铝酸盐，可作为良好的吸附剂、离子交换剂和催化剂，采用有机化学原料合成分子筛具有成本高、母液排放量大且污染环境等诸多弊端。本文在分析国内外有关沸石分子筛的合成与应用文献的基础上，采用工业品白碳黑为主要原料成功合成了钛硅分子筛TS-1和介孔分子筛MCM-48，既提高了白碳黑的进一步开发利用，又为沸石分子筛的合成提供了一种来源丰富的新原料。
钛硅分子筛是由钛氧四面体和硅氧四面体构成的一类杂原子分子筛，是将钛引入全硅分子筛骨架的一种新型催化材料。这种分子筛具有较高的热稳定性、抗酸性、疏水性、良好的催化活性和选择性，尤其是在温和条件下(常压低温)对以工业级双氧水为氧化剂的多种有机物的氧化反应(如烷烃的氧化、烯烃环氧化、醇氧化、苯及苯酚的烷基化、酮类氨氧化等)具有独特的择形催化功能，且不会深度氧化和污染环境，被誉为绿色化学技术领域的新型催化剂，受到国内外学术界高度重视。本文以廉价的四丙基溴化铵(TPABr)为模板剂，工业品白碳黑为硅源合成了TS-1分子筛，考察了晶化温度、晶化时间、凝胶Ti/Si比和pH值等晶化动力学参数对合成TS-1分子筛的影响。采用XRD、FT-IR和SEM等手段对合成的TS-1分子筛进行了表征。以苯乙烯氧化为探针反应考察了合成条件对TS-1催化性能的影响。结果表明，最佳合成条件为：晶化时间为72 h；晶化温度为190 ℃；凝胶pH值为11；样品中Ti/Si最佳比值为0.03。当Ti / Si高于0.03时则生成非骨架钛氧化物，造成TS-1的相对结晶度和催化氧化性能显著降低。
自Mobile公司的科学家成功地合成出M41S系列介孔分子筛以来，介孔材料的合成一直是沸石化学、材料化学领域的研究热点。其中MCM-48分子筛由于具有均一的孔径、双螺旋型三维孔道结构、良好长程有序性和较高的稳定性等特征而一直备受人们的关注。相对一维孔道结构的MCM-41和SBA-15来说，MCM-48因具有三维网状结构和可通性较高的孔道而在反应中不易堵塞，其应用前景更为广泛。
    与其他介孔材料相比，MCM-48的合成条件比较苛刻，通常需要纯度较高的原料、大量的表面活性剂和在较强的碱性条件下进行晶化；各种合成因素如硅源、温度、碱度和反应物配比等微小变化都会对结果造成很大影响。近年来涉及MCM-48的合成条件如：Sur/Si比、pH值和晶化温度等条件的影响的讨论报道较多，但系统讨论采用无机硅源和复合模板剂合成MCM-48的研究较少。本文以工业原料白碳黑为硅源，混合非离子－阳离子表面活性剂为模板剂，采用水热晶化法在不同条件下合成介孔分子筛MCM-48，详细考察了模板剂的用量和组成、晶化温度、晶化时间和加入硅源时溶液的不同温度等因素对合成MCM-48介孔分子筛的影响，并采用XRD、N2吸附/脱附、FT-IR和SEM等手段进行了分析表征。实验结果表明，MCM-48的最佳合成条件为：晶化时间60~84 h；晶化温度100 ℃；n ( TX-100)/n (CTAB) = 0.2。实验过程中发现，加入硅源时溶液的温度对合成MCM-48重复性和有序性有较大影响。而合成影响因素中，n ( TX-100)/n (CTAB)是合成MCM-48介孔分子筛的关键。