Page 135 - 《精细化工》2020年第3期

第 3 期 张峻维，等: 纳米薄层 SAPO-5 分子筛的离子热合成及催化性能 ·553·

方法。 应物与酸中心的接触，从而增强了反应物的转化速
2.6 纳米薄层 SAPO-5 分子筛的催化性能 率。根据这些结果不难推断，SC2-T180-t20-P400 优
纳米薄层 SAPO-5 分子筛具有与 c 轴平行的短 异的催化性能应归功于其具有更高的酸量和更大的
十二元环通道，这一特征使其成为一种有较大应用 外表面积，这一结论与之前的文献报道相一致 [35-36] 。
潜力的固体酸催化剂 [12] 。在本研究中，选择需要较
大传质空间的苯与苯甲醇的烷基化反应作为模型催 3 结论
化反应，考察了纳米薄层 SAPO-5 分子筛（样品
以小剂量的低共熔混合物作为溶剂和模板，采
SC2-T180-t20-P400）在该反应中的催化性能。作为
用晶种协助的微波-离子热法高效合成了具有 AFI
比较，还在相同条件下测试了传统水热法合成的纳
拓扑结构的纳米薄层 SAPO-5 分子筛。最合适的初
米薄层 SAPO-5 分子筛（样品 Hydrothermal-1）的催
始物组成为 n(SuAc) ∶ n(ChCl) ∶ n(TEABr) ∶
化性能，实验结果见表 3。 n(Al 2 O 3 ) ∶ n(P 2 O 5 ) ∶ n(SiO 2 )=3.64 ∶ 3.64 ∶ 3.64 ∶

表 3 典型 SAPO-5 催化剂上苯与苯甲醇烷基化反应结果 1.0∶1.1∶0.2，选择水热法合成的纳米薄层 SAPO-5
Table 3 Alkylation of benzene with benzyl alcohol on typical 分子筛作为晶种，最佳的微波加热功率、晶化温度
SAPO-5 catalysts 和时间分别为 400 W、180 ℃和 20 min。XRD、SEM
苯甲醇转 二苯甲烷 反应 和 N 2 物理吸/脱附表征结果表明，最终产物为具有
样品
化率 X/% 选择性 S/% 收率 Y/%
六角花瓣状特殊形貌的、同时含有微孔-介孔-大孔
SC2-T180-t20-P400 99.9 94.0 93.9
的多级孔 SAPO-5 分子筛。在此优化的合成条件下
Hydrothermal-1 93.3 88.9 82.9
合成的分子筛，产物无机物的原子利用率可达 88%。
注：反应时间为 1 h。 由于具有高的弱酸酸量和较大的外表面积，样品

由表 3 可知，样品 SC2-T180-t20-P400 具有非 SC2-T180-t20-P400 在苯与苯甲醇的烷基化反应中
常高的初始活性和稳定性，在反应 60 min 时基本实 表现出优异的催化性能，苯甲醇转化率和二苯甲烷
现苯甲醇的完全转化，反应收率可达到 93.9%，并 选择性分别达到 99.9%和 94.0%。这种简便高效的
且在重复 3 次实验后依然保持近 100% 的苯甲醇转 方法为实现其他类型多级孔纳米结构分子筛催化剂
化率和 90.1% 的二苯甲烷选择性。Hydrothermal-1 的高效制备提供了一种新的路径。
催化剂的活性相对较低，反应 60 min 后，苯甲醇并 参考文献：
未完全转化，且反应收率只有 82.9%。
[1] CAMPELO J M, LAFONT F, MARINAS J M. Hydroisomerization
对样品 SC2-T180-t20-P400 和 Hydrothermal-1 and hydrocracking of n-hexane on Pt/SAPO-5 and Pt/SAPO-11
进行 NH 3 -TPD 测试，结果见图 7。 catalysts[J]. Zeolites, 1995, 15(2): 97-103.
[2] KUMAR N, VILLEGAS J I, SALMI T, et al. Isomerization of
n-butane to isobutane over Pt-SAPO-5, SAPO-5, Pt-H-mordenite and
H-mordenite catalysts[J]. Catalysis Today, 2005, 100(3/4): 355-361.
[3] WEI X L, LU X H, ZHANG T J, et al. Synthesis and catalytic
application of SAPO-5 by dry-gel conversion for the epoxidation of
styrene with air[J]. Microporous and Mesoporous Materials, 2015,
214: 80-87.
[4] OLIVEIRAL A C, ESSAYEM N, TUEL A, et al. Structural, acidic
and catalytic features of transition metal-containing molecular sieves
in the transformation of C 4 hydrocarbon[J]. Applied Catalysis A:
General, 2010, 382(1): 10-20.
[5] CHUNG K H, KOMATSU T, NAMBA S, et al. Para-selectivity of
SAPO-5 and mordenite catalysts in the alkylation of cumene with
2-propanol[J]. Microporous Materials, 1995, 3(4/5): 377-384.
图 7 焙烧样品 SC2-T180-t20-P400 和 Hydrothermal-1 的
[6] DANILINA N, CASTELANELLI S A, TROUSSARD E, et al.
NH 3 -TPD 曲线 Influence of synthesis parameters on the catalytic activity of
Fig. 7 NH 3 -TPD curves of calcined samples SC2-T180- hierarchical SAPO-5 in space-demanding alkylation reactions[J].
t20-P400 and Hydrothermal-1 Catalysis Today, 2011, 168(1): 80-85.
[7] YU Jihong ( 于吉 红 ), YAN Wenfu ( 闫文付 ). Chemistry of
由图 7 可知，样品 SC2-T180-t20-P400 具有比 nanoporous materials: Synthesis and preparation(Ⅱ)[M]. Beijing:
Hydrothermal-1 更高的弱酸酸量，且前者的外表面 Science Press (科学出版社), 2013: 85-163.
[8] DREWS T O, TSAPATSIS M. Progress in manipulating zeolite
积也显著高于后者（见表 2）。由于苯与苯甲醇的烷
morphology and related applications[J]. Current Opinion in Colloid
基化反应属于酸催化反应，更大的外表面有利于反 & Interface Science, 2005, 10(5/6): 233-238.