TS-1 Zeolite Molecular Sieve ซีโอไลต์อเนกประสงค์สูงพร้อมโครงสร้าง MFI

Medium-pore TS-1 เป็นซีโอไลต์อเนกประสงค์สูงที่มีโครงสร้าง MFI ซึ่งถูกนำไปใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีประสิทธิภาพในงานอุตสาหกรรมที่หลากหลายTS-1 แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยาที่ไม่เหมือนใครในปฏิกิริยาออกซิเดชั่นที่เกี่ยวข้องกับ H2O2 เป็นสารออกซิแดนท์ตัวเร่งปฏิกิริยา TS-1 มีประสิทธิภาพสูงในการออกซิเดชั่นของพื้นผิวอินทรีย์ต่างๆที่มีไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ซึ่งรวมถึงการไฮดรอกซิเลชันของอะโรเมติกส์, การทำปฏิกิริยาอิพ็อกซิเดชั่นของอัลคีน, การขยายตัวของคีโตน, การออกซิเดชั่นของแอลเคนและแอลกอฮอล์เป็นต้น

บทนำ

ในฐานะตัวเร่งปฏิกิริยาที่ไม่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมการสังเคราะห์ตะแกรงโมเลกุลไททาเนียมซิลิคาไลท์ (TS-1) ที่ประสบความสำเร็จได้รับการพิจารณาว่าเป็นก้าวสำคัญในการเร่งปฏิกิริยาซีโอไลต์ในช่วงทศวรรษที่ 1980 เนื่องจากประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยาที่เป็นเอกลักษณ์ในปฏิกิริยาออกซิเดชั่นที่เกี่ยวข้องกับ H2O2 เป็นสารออกซิแดนท์ 1 TS- 1 ซีโอไลต์มีโครงสร้างโครงร่าง (MFI) เหมือนกับ ZSM-5มีระบบรูพรุนวงแหวน 10 ทิศทางแบบสองทิศทางโดยมีขนาดรูพรุนตาม (100) เป็น 5.1 × 5.5 Åและ 5.3 × 5.6 Åพร้อม (010) (รูปที่ 1) 2 สายพันธุ์ Ti ใน TS-1 มีอยู่ในสามรูปแบบที่แตกต่างกัน โดยมีเพียงสายพันธุ์ tetrahedral Ti ในกรอบเท่านั้นที่สามารถแสดงการคัดเลือกได้สูงในขณะที่สายพันธุ์ Ti แบบแปดด้านและผลึก anatase-TiO2 จะลดการใช้ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์

รูปที่ 1. โทโพโลยีของโครงสร้างโครงร่าง MFI

สังเคราะห์

ขั้นตอนการสังเคราะห์ไฮโดรเทอร์มอลแบบธรรมดาสำหรับการเตรียม TS-1 มีดังต่อไปนี้ 4: tetraethoxysilane (TEOS) และ tetrabutylorthotitanate (TBOT) ถูกไฮโดรไลซ์ครั้งแรกในสารละลาย tetrapropylammonium hydroxide (TPAOH)หลังจากกำจัดแอลกอฮอล์โดยการระเหยที่ 343-353 K จะได้สารละลายเจลใสที่มีองค์ประกอบของฟันกราม SiO2 / TiO2 / TPAOH / H2O = 1: 0.025: 0.15: 15จากนั้นเจลจะตกผลึกที่ 443 K เป็นเวลา 12 ชั่วโมงผลิตภัณฑ์นี้ตกผลึกไม่สมบูรณ์ แต่น่าจะมีอย่างน้อยหน่วยอาคารหลักและรองของโครงสร้าง MFI ถูกรวบรวมโดยการหมุนเหวี่ยงและล้างหลาย ๆ ครั้งด้วยน้ำกลั่นจากนั้นเค้กสีขาวจะถูกกระจายไปในน้ำเพื่อให้ได้สารละลายคอลลอยด์สีขาวที่ใช้สำหรับการตกผลึกตัวอย่าง TS-1 ที่ตกผลึกเต็มที่สำหรับการทดลองควบคุมได้มาจากการยืดเวลาการตกผลึกเป็น 3 วันที่ 443 K การเผาของผลิตภัณฑ์ที่เป็นของแข็งจะดำเนินการในอากาศที่อุณหภูมิ 823 K เป็นเวลา 8 ชั่วโมง

มีการพัฒนาโปรโตคอลที่แตกต่างกันจำนวนมากสำหรับการสังเคราะห์ TS-1.5 ซึ่งรวมถึงแหล่ง Si และ Ti ที่แตกต่างกันสารกำกับโครงสร้างอินทรีย์ (SDA) และสารทำให้เป็นแร่ (ดูรูปที่ 2) 6 จากการเตรียมการจำนวนมากที่อธิบายไว้ในเอกสาร เป็นไปได้ที่จะพบวัสดุ TS-1 ที่มีขนาดผลึกสัณฐานวิทยาคุณสมบัติไม่ชอบน้ำและการกระจายตัวของไททาเนียมตามผลึกวัสดุ TS-1 สองประเภทที่มีขนาดอนุภาคต่างกัน (0.3-0.5 µm และ 20-50 µm) หาซื้อได้จากร้านค้าออนไลน์ ACS Material ของเรา (รูปที่ 3)

รูปที่ 2. แหล่งข้อมูลจำนวนมากที่ใช้สำหรับการเตรียม TS-1ทำซ้ำจากการอ้างอิง5

รูปที่ 3. รูปภาพ SEM ของตะแกรงโมเลกุล ACS Material TS-1 มีจำหน่ายแล้ว

แอพพลิเคชั่น

ตัวเร่งปฏิกิริยา TS-1 มีประสิทธิภาพสูงในการออกซิเดชั่นแบบคัดเลือกของพื้นผิวอินทรีย์ต่างๆที่มีไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เช่นการไฮดรอกซิเลชันของอะโรเมติกส์การอิพ็อกซิเดชั่นของอัลคีนการขยายตัวของคีโตนและการออกซิเดชั่นของแอลเคนและแอลกอฮอล์

การเลือกรูปร่างของ TS-1 สำหรับปฏิกิริยาออกซิเดชั่นแสดงให้เห็นเป็นครั้งแรกโดย Takashi Tatsumi จากสถาบันเทคโนโลยีแห่งโตเกียวของญี่ปุ่นเมื่อออกซิไดซ์แอลเคนเชิงเส้นที่แตกแขนงและเป็นวัฏจักรที่แตกต่างกันด้วย TS-1 โดยใช้ H2O2 เป็นตัวออกซิแดนท์ (แสดงในตารางที่ 1) 8 เฮกเซน แสดงให้เห็นว่าตัวเลขการหมุนเวียนออกซิเดชั่นสูงกว่าไซโคลเฮกเซนถึงสิบเจ็ดเท่าและแอลเคนที่แตกแขนงแสดงให้เห็นกิจกรรมเล็กน้อยนอกจากนี้ยังมีกิจกรรมที่ลดลงอย่างเห็นได้ชัดเมื่อความยาวของแอลเคนเชิงเส้นสูงกว่าคาร์บอนหกอะตอมโดยมีความสัมพันธ์ที่ชัดเจนกับข้อ จำกัด การแพร่กระจายที่สูงขึ้น (ดูตารางที่ 1)นอกจากนี้ยังมีการทดสอบปฏิกิริยาอื่น ๆ เช่น epoxidation ของอัลคีนและการเกิดออกซิเดชันของแอลกอฮอล์ไม่อิ่มตัวเพื่อศึกษาการออกซิเดชั่นแบบเลือกรูปร่างเพิ่มเติม

ตารางที่ 1. ผลการออกซิเดชั่นของแอลเคนที่แตกต่างกันด้วย TS-1 โดยใช้ H2O2 รายงานโดย Tatsumi et al8

สรุป

ตะแกรงโมเลกุล TS-1 เป็นตะแกรงโมเลกุลอเนกประสงค์ที่มีโครงสร้าง MFIวิธีการทางเศรษฐกิจและสีเขียวจำนวนมากสำหรับการสังเคราะห์ TS-1 ยังอยู่ระหว่างดำเนินการตัวเร่งปฏิกิริยา TS-1 มีประสิทธิภาพสูงในการออกซิเดชั่นแบบคัดเลือกของพื้นผิวอินทรีย์ต่างๆด้วยไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ปฏิกิริยาต่างๆเช่นการขยายตัวของไซโคลเฮกซาโนนต่อออกไซด์ที่สอดคล้องกันและการสังเคราะห์โพรพิลีนออกไซด์ได้ประสบความสำเร็จในเชิงพาณิชย์โดยใช้ TS-1 เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาการตรวจสอบเกี่ยวกับการใช้งาน TS-1 ที่มีแนวโน้มอื่น ๆ กำลังดำเนินอยู่