基于亚熔盐介质的天然黏土矿物活化机理的研究
批准号:
21506034
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
21.0 万元
负责人:
岳源源
依托单位:
学科分类:
反应工程
结题年份:
2018
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
鲍婕、林章祥、陈志伟、古立亮
中文摘要
以天然黏土矿物为原料合成分子筛的首要条件是将天然矿物中的硅铝物种充分活化使之解聚成为具有高化学反应活性的物种。与传统的活化方法相比,亚熔盐介质可以在较低温度下实现天然黏土矿物的高效活化,且以天然黏土的亚熔盐活化产物为原料可以成功制备性能优异的分子筛材料,然而有关亚熔盐活化天然黏土矿物的机理目前尚不清楚。本项目拟通过对天然黏土矿物在亚熔盐介质中活化过程的系统研究,综合应用热力学和动力学方法,结合活化过程的原位表征、活化产物及以活化产物为原料合成的分子筛产品的物理化学性质分析,揭示天然黏土矿物在亚熔盐介质中的活化机理及活化过程对分子筛合成过程的影响,为发展高效、低能耗的天然矿物活化新方法提供理论支撑。
英文摘要
The key to success in synthesizing zeolites or zeolitic materials directly from natural aluminosilicate minerals is their effective avtivation, because most natural aluminosilicate minerals are intrinsically inert in their natural state. Compared with the conventional activation approaches, the silicon and aluminum species in the natural minerals can be activated efficiently via a submolten salt (SMS) based method under the lower activation temperature and the zeolites with superior performance can also be successfully synthesized using the SMS activated minerals as starting materials. However, the mechanism of the SMS activation process of the natural minerals is not clear. Therefore, this proposal aims at uncovering the activation mechanism of the natural aluminosilicate minerals in the SMS medium and the inpacts of the activation process on the synthesis process of zeolites through systematically investigating the activation behavior of the natural minerals in the SMS activation process by utilizing the thermodynamics and kinetics technique, in-situ characterization and analyzing the pyhsicochemical properties of the SMS activated minerals and the zeolites synthesized from the SMS activated minerals. It is believed that this work will serve as a theoretical support for developing the novel method to effectively activate natural minerals.
以天然黏土矿物为原料合成分子筛的首要条件是将天然矿物中的硅铝物种充分活化使之解聚成为具有高化学反应活性的物种。与传统的活化方法相比,亚熔盐介质可以在较低温度下实现天然黏土矿物的高效活化,且以天然黏土的亚熔盐活化产物为原料可以成功制备性能优异的分子筛材料,然而有关亚熔盐活化天然黏土矿物的机理目前尚不清楚。本项目以天然累托土矿物为研究对象,首先研究了碱土比、活化温度、活化时间等工艺条件对活化过程的影响,获得最优活化条件为碱土比为1.0,活化温度为170 oC,活化时间为60 min。此后对天然累托土矿物在亚熔盐活化过程中物理化学性质变化的系统研究,结合热力学分析,揭示了天然累托土矿物在亚熔盐介质中的活化机理,即活化过程分为三个阶段:第一阶段,破坏累托土层状结构而得到硅铝层状结构单元Na6Al6Si6O24;第二阶段,对第一阶段得到的硅铝层状结构单元Na6Al6Si6O24中的铝进一步破坏,得到以硅为主的层状结构单元,其组成为Na4Al4Si6O20和铝氧单体(NaAlO2);第三阶段,主要是对硅架结构的破坏而得到最终的活化产物,它们分别是高活性的单体Na4SiO4和二聚体Na6Si2O7、较高活性的链状Na2SiO3硅酸盐结构单元,还有部分未反应完全的聚合度高的层状结构单元,即Na4Al4Si5O18和Na4Al4Si4O16。经此三个阶段活化后,Si、Al物种均转化为具有高化学反应活性的低聚态,从而有利于后续合成分子筛产品。并以亚熔盐活化的累托土为原料合成得到了高结晶度和高纯度的ZSM-5分子筛。最后,对累托土中铁、钛杂质元素在矿物中的含量和赋存形式及对活化过程和分子筛合成的影响进行了系统地研究,结果表明:在活化过程中非骨架位的Fe、Ti物种需要消耗NaOH介质,因此增加了实际碱土比,不利于拟固相活化;而对于骨架位的Fe、Ti而言,因其原子半径不同,会使累托土的晶体结构会产生一定的畸变,削弱了累托土晶体结构的稳定性,从而有利于活化的进行;此外,还发现这两种杂质元素均在分子筛产品中富聚,其中钛全部进入到分子筛骨架中,而铁部分进入到分子筛骨架中,另一部分则是以非骨架的形式赋存。
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DOI:
10.1016/j.clay.2018.03.025
发表时间:
2018-06
期刊:
Applied Clay Science
影响因子:
5.6
作者:
[Yuanyuan Yue;Kang Ying;B. Yu;L. Gu;Haiyan Liu;Jie Bao;Tinghai Wang;Pei Yuan;Haibo Zhu]
通讯作者:
Yuanyuan Yue;Kang Ying;B. Yu;L. Gu;Haiyan Liu;Jie Bao;Tinghai Wang;Pei Yuan;Haibo Zhu
Acid-modifiednatural bauxite mineral as cost-effective and high-efficient catalyst supportfor slurry-phase hydrocracking of high temperature coal tar
酸改性天然铝土矿矿物作为高温煤焦油浆相加氢裂化经济高效的催化剂载体
DOI:
--
发表时间:
2016
期刊:
Energy & Fuels
影响因子:
5.3
作者:
[Yuanyuan Yue, Pengli Niu, Lilong Jiang, Yanning Cao, Xiaojun Bao]
通讯作者:
Xiaojun Bao
From cheap natural bauxite to high-efficient slurry-phase hydrocracking catalyst for high temperature coal tar: A simple hydrothermal modification
从廉价的天然铝土矿到高温煤焦油的高效浆相加氢裂化催化剂:简单的水热改性
DOI:
10.1016/j.fuproc.2018.03.006
发表时间:
2018
期刊:
Fuel Processing Technology
影响因子:
7.5
作者:
[Yuanyuan Yue, Jiawei Li, Peng Dong, Tinghai Wang, Lilong Jiang, Pei Yuan, Haibo Zhu, Zhengshuai Bai, Xiaojun Bao]
通讯作者:
Xiaojun Bao
Pure-phase zeolite beta synthesized from natural aluminosilicate minerals and its catalytic application for esterification
天然铝硅酸盐矿物合成纯相β沸石及其酯化催化应用
DOI:
10.1016/j.clay.2016.02.024
发表时间:
2016-06-01
期刊:
APPLIED CLAY SCIENCE
影响因子:
5.6
作者:
[Yue, Yuanyuan, Liu, Haiyan, Bao, Xiaojun]
通讯作者:
Bao, Xiaojun
A Quasi-Solid-Phase Approach to Activate Natural Minerals for Zeolite Synthesis
一种准固相方法来活化天然矿物以合成沸石
DOI:
10.1021/acssuschemeng.6b03031
发表时间:
2017-04-01
期刊:
ACS SUSTAINABLE CHEMISTRY & ENGINEERING
影响因子:
8.4
作者:
[Yang, Jinbiao, Liu, Haiyan, Bao, Xiaojun]
通讯作者:
Bao, Xiaojun
共 6 条
羟基诱发位点调控的抗水耐硫分子筛基低温NH3-SCR催化剂的设计制备
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批准号:22578062
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项目类别:面上项目
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资助金额:64.40万元
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批准年份:2025
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负责人:岳源源
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依托单位:
基于介尺度解聚-重组装绿色制备高效SCR脱硝催化剂的基础研究
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批准号:22178059
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项目类别:面上项目
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资助金额:60万元
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批准年份:2021
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负责人:岳源源
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依托单位:
国内基金
海外基金