Sàng phân tử Zeolit ​​TS-1 Zeolit ​​linh hoạt cao với cấu trúc MFI

TS-1 lỗ trung bình là một zeolit ​​đa năng với cấu trúc MFI đã được ứng dụng như một chất xúc tác hiệu quả trong các ứng dụng công nghiệp đa dạng.TS-1 thể hiện hiệu suất xúc tác duy nhất trong các phản ứng oxy hóa liên quan đến H2O2 như một chất oxy hóa.Chất xúc tác TS-1 có hiệu quả cao trong quá trình oxy hóa chọn lọc các chất hữu cơ khác nhau bằng hydrogen peroxide, bao gồm hydroxyl hóa chất thơm, epoxy hóa anken, ammoxim hóa xeton, oxy hóa ankan và rượu, v.v.

Giới thiệu

Là một chất xúc tác lành tính với môi trường, việc tổng hợp thành công rây phân tử titan silicalit (TS-1) đã được coi là một cột mốc quan trọng trong xúc tác zeolit ​​vào những năm 1980 vì hiệu suất xúc tác độc đáo của nó trong phản ứng oxy hóa liên quan đến H2O2 như một chất oxy hóa.1 TS- 1 zeolit ​​có cấu trúc khung xương (MFI) giống như ZSM-5.Nó sở hữu hệ thống lỗ chân lông vòng 10 ghi nhớ hai hướng với kích thước lỗ dọc (100) là 5,1 × 5,5 Å và 5,3 × 5,6 Å dọc theo (010) (Hình 1) .2 Các loài Ti trong TS-1 tồn tại ở ba dạng khác nhau , với chỉ các loại Ti tứ diện trong khung có thể thể hiện tính chọn lọc cao trong khi các loại Ti bát diện và các tinh thể anatase-TiO2 làm giảm việc sử dụng hydro peroxit3.

Hình 1. Cấu trúc liên kết của cấu trúc khung MFI

Tổng hợp

Quy trình tổng hợp thủy nhiệt thông thường để điều chế TS-1 như sau4: tetraethoxysilan (TEOS) và tetrabutylorthotitanat (TBOT) lần đầu tiên được thủy phân trong dung dịch nước của tetrapropylamoni hydroxit (TPAOH).Sau khi loại bỏ rượu bằng cách làm bay hơi ở 343-353 K, thu được dung dịch gel trong với thành phần mol SiO2 / TiO2 / TPAOH / H2O = 1: 0,025: 0,15: 15.Sau đó gel được kết tinh trước ở 443 K trong 12 giờ.Sản phẩm này, được kết tinh không hoàn toàn nhưng có lẽ chứa ít nhất các đơn vị cấu tạo chính và phụ của cấu trúc MFI, được thu thập bằng cách ly tâm và tráng nhiều lần bằng nước cất.Bánh trắng sau đó được phân tán trong nước để thu được dung dịch keo trắng dùng để kết tinh.Các mẫu TS-1 kết tinh hoàn toàn cho các thí nghiệm đối chứng thu được bằng cách kéo dài thời gian kết tinh đến 3 ngày ở 443 K. Quá trình nung sản phẩm rắn được thực hiện trong không khí ở 823 K trong 8 giờ.

Nhiều giao thức khác nhau đã được phát triển để tổng hợp TS-1.5 Chúng bao gồm các nguồn Si và Ti khác nhau, các chất định hướng cấu trúc hữu cơ (SDA) và các chất khoáng hóa (xem Hình 2) .6 Từ một số lượng lớn các chế phẩm được mô tả trong tài liệu, nó Có thể tìm thấy vật liệu TS-1 với kích thước tinh thể, hình thái khác nhau, đặc tính kỵ nước và ưa nước, và sự phân bố titan dọc theo tinh thể.7 Hai loại vật liệu TS-1 có kích thước hạt khác nhau (0,3-0,5 µm và 20-50 µm) có sẵn để mua trên cửa hàng trực tuyến ACS Material của chúng tôi (Hình 3).

Hình 2. Số lượng lớn các nguồn được sử dụng để chuẩn bị TS-1.Sao chép từ ref.5

Hình 3. Hình ảnh SEM của các sàng phân tử TS-1 của Vật liệu ACS có sẵn để mua.

Các ứng dụng

Chất xúc tác TS-1 có hiệu quả cao trong quá trình oxy hóa có chọn lọc các chất hữu cơ khác nhau bằng hydrogen peroxide như hydroxyl hóa chất thơm, epoxy hóa anken, ammoxim hóa xeton, và oxy hóa ankan và rượu.

Tính chọn lọc hình dạng của TS-1 đối với các phản ứng oxy hóa lần đầu tiên được thể hiện bởi Takashi Tatsumi từ Viện Công nghệ Tokyo Nhật Bản khi oxy hóa các ankan mạch thẳng, mạch nhánh và mạch vòng khác nhau bằng TS-1 bằng cách sử dụng H2O2 làm chất oxy hóa (thể hiện trong Bảng 1) .8 Hexan cho thấy số vòng quay oxi hóa cao hơn xiclohexan mười bảy lần và các ankan phân nhánh cho thấy hoạt độ không đáng kể.Cũng có một sự giảm hoạt tính đáng chú ý khi độ dài của alkan mạch thẳng trên sáu nguyên tử cacbon, có mối quan hệ rõ ràng với các hạn chế khuếch tán cao hơn (xem Bảng 1).Các phản ứng khác như quá trình oxy hóa eken của anken và quá trình oxy hóa rượu không no cũng đã được thử nghiệm để nghiên cứu thêm về quá trình oxy hóa chọn lọc hình dạng.

Bảng 1. Kết quả của quá trình oxy hóa các ankan khác nhau bằng TS-1 sử dụng H2O2 được báo cáo bởi Tatsumi et al.số 8

Phần kết luận

Sàng phân tử TS-1 là loại rây phân tử đa năng với cấu trúc MFI.Nhiều phương pháp kinh tế và xanh để tổng hợp TS-1 vẫn đang được tiến hành.Chất xúc tác TS-1 có hiệu quả cao trong quá trình oxy hóa chọn lọc các chất hữu cơ khác nhau bằng hydrogen peroxide.Các phản ứng như sự gần gũi của xyclohexanone với oxime tương ứng và tổng hợp propylen oxit đã được thương mại hóa thành công khi sử dụng TS-1 làm chất xúc tác.Các cuộc điều tra về các ứng dụng đầy hứa hẹn khác của TS-1 đang được tiến hành.