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TS-1分子筛的结构及吸附性能的理论研究

作　者: 张伟国
导　师: 袁淑萍
学　校: 青岛大学
专　业: 材料学
关键词: TS-1 结构 H2O2 吸附 DFT方法
分类号: TQ424.25
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

分子筛材料因其表面酸性和分子大小的孔道尺寸而具有特殊的择形催化功能,在能源、化工等领域得到了广泛应用。然而在实际应用中,为了满足不同的催化分离过程,需要对已有分子筛的结构和表面酸性进行调控,将杂原子引入分子筛骨架是对分子筛改性的最有效方法之一。如钛硅分子筛(TS-1)是性能优良的氧化催化剂,可在温和的反应条件下催化H2O2选择氧化烃类物质,且因该过程具有反应条件温和、高活性、高选择性以及环保等优点而在开发环境友好工艺、促进可持续发展中具有极大的应用潜力。然而,与杂原子分子筛的美好应用前景相比,它在工业推广中所迈出的步伐却相当小。其昂贵的生产成本和苛刻的合成条件、以及反应条件的不确定性是影响工业化应用的主要障碍。因此,研究杂原子分子筛的结构及吸附、反应性能可以为推动其工业化进程提供重要的理论基础。本文首先用量子化学计算方法研究了Ti在MFI骨架中的优势取代位置。采用的最大模型为分别以MFI骨架中的每一四面体位(T位)为中心,包含该T位的二级邻近硅原子及其上所有配位原子的40T模型,以此来计算Ti在该T位的取代能,通过取代能的大小判断Ti在TS-1骨架中的优势取代位置。研究结果表明：钛以四面体配位的方式取代硅原子进入MFI骨架,Ti原子在MFI骨架中所有晶体位置均有可能存在,热力学相对稳定的位置为T10位,与XRD、EXAFS等实验测量的统计平均结果基本一致。在对TS-1的催化活性位的结构研究基础上,本文系统地考察了烯烃环氧化反应体系中存在的几种小分子如H2O, H2O2, CH3OH以及两分子H2O(2H2O)与氧化剂H2O2分子在TS-1活性位Ti附近的共吸附对形成Ti-OOH活性中间体的影响。研究表明,单分子的H2O2或双分子H2O2共吸附均可以在TS-1上形成Ti-OOH(η1)和Ti-OOH(η2)中间体,而后者在能量上更稳定;而在H20或CH3OH与H2O2共吸附的情况下,得不到稳定的Ti-OOH(η1)中间体；两分子水与H2O2共吸附极大地稳定了Ti-OOH(η2)的结构,但可能会使下一步的反应不容易进行,甲醇分子则因尺寸的限制不能形成两分子甲醇与H2O2在孔道中共吸附。

全文目录

摘要  2-3
ABSTRACT  3-5
第一章绪论  5-19
  1.1 分子筛  5-9
    1.1.1 分子筛概述  5
    1.1.2 分子筛的主要特性  5-8
    1.1.3 钛硅分子筛  8-9
  1.2 量子化学综述  9-14
    1.2.1 量子化学的形成  10
    1.2.2 量子化学理论发展  10-12
    1.2.3 量子化学计算方法  12-14
  1.3 GAUSSIAN 03的使用  14-16
    1.3.1 程序的结构特点  14
    1.3.2 GAUSSIAN 03的输入输出  14-16
      1.3.2.1 输入文件  14-15
      1.3.2.2 输出文件  15-16
  1.4 选题背景  16-19
第二章 TS-1的结构研究  19-29
  2.1 研究方案  19
  2.2 模型的建立  19-21
  2.3 结果与讨论  21-28
    2.3.1 5T模型的计算结果  21-23
    2.3.2 17T模型的计算结果  23-25
    2.3.3 40T模型的计算结果  25-27
    2.3.4 5T、17T、40T模型的计算结果比较  27-28
  2.4 结论  28-29
第三章 TS-1催化剂吸附性能的研究  29-40
  3.1 模型  29
  3.2 计算方法  29
  3.3 结果与讨论  29-38
    3.3.1 模型的优化结构  29-37
    3.3.2 能量数据分析  37-38
  3.4 结论  38-40
参考文献  40-41
攻读学位期间的研究成果  41-42
致谢  42-43

TS-1分子筛的结构及吸附性能的理论研究

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