動態(tài)法晶化合成鈦硅分子篩及其脫硫性能研究

唐明宇，王海彥,*，任鐵強，魏 民，孫 娜，先宏飛

（1.遼寧石油化工大學(xué) 石油化工學(xué)院，遼寧 撫順 113001；2.遼寧美亞制藥有限公司，遼寧 撫順 113001）

Taramasso 等[1]于1983 年將Ti 引入到具有MFI拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的全硅分子篩(Silicalite-1)骨架中，即形成Titanium-Silicalite-1，簡稱為TS-1 分子篩。TS-1 分子篩作為催化劑，不僅擁有獨特的擇型特性，其構(gòu)成的TS-1/H2O2氧化體系在多種有機物的選擇性氧化中表現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能，且該反應(yīng)體系反應(yīng)條件溫和，最終氧化產(chǎn)物為水體系，符合綠色發(fā)展的理念，受到研究者的廣泛關(guān)注，應(yīng)用于以無污染H2O2為氧化劑的烷烴部分氧化、烯烴環(huán)氧化、芳烴輕基化和酮氨肪化等重要化工反應(yīng)，并表現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能[2-6]。水熱法合成TS-1 被稱為合成TS-1 的經(jīng)典法，也是目前合成TS-1 最成熟、最廣泛的方法。晶化步驟過程大多采用水熱晶化的方式，所以水熱合成法的關(guān)鍵是合成液的配制。影響合成的因素主要包括:鈦硅源的種類及用量、模板劑和礦物劑的種類及用量、原料中離子的濃度、晶種、晶化溫度、晶化時間和攪拌條件等[7]。分子篩的晶化過程有三種主流的觀點：Breck 等[8]認(rèn)為，分子篩是固相凝膠直接發(fā)生局部解聚重排形成分子篩而不經(jīng)過固相凝膠溶解，稱為固相轉(zhuǎn)變機理。George[9]則認(rèn)為，凝膠是溶解進液相并在液相中聚合成分子篩的，稱為液相轉(zhuǎn)變機理。Zelimir 等[10]提出的雙向轉(zhuǎn)變機理，認(rèn)為一個體系中可能同時存在液相轉(zhuǎn)變機理和固相轉(zhuǎn)變機理。此外，TS-1 分子篩的催化活性受骨架Ti含量影響較大，Ti 含量越高，催化活性越高，但在TS-1 分子篩合成液配制過程中鈦源易水解產(chǎn)生TiO2沉淀，阻止Ti 進入骨架。因此，降低TS-1 分子篩催化劑的合成成本，避免銳鈦礦相TiO2的生成是目前研究的重點。

現(xiàn)全球汽車保有量巨大，汽車的生產(chǎn)和使用還會持續(xù)增加，汽車尾氣帶來了嚴(yán)峻的環(huán)境問題，尤其是燃油中的含硫化合物燃燒后生成二氧化硫釋放到大氣中將進一步導(dǎo)致大氣污染。液體燃料中有機硫化合物不僅在煉油過程中會使煉油設(shè)備、泵和管道被腐蝕，還會在內(nèi)燃機的使用過程中導(dǎo)致熄火問題；有機硫化合物燃燒后產(chǎn)物為二氧化硫，隨汽車尾氣排放到空氣中將造成酸雨和霧霾；凈化汽車尾氣中用到的催化劑會因有機硫化物的存在而中毒失活，尾氣氮氧化物無法被有效凈化，更加劇了環(huán)境污染[11]。隨著環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)格，許多國家對燃料中的硫含量都做了新的規(guī)定，車用燃料的硫含量要求控制在10?50 μg/g，而當(dāng)汽油作為燃料電池的燃料時，其硫含量一般要求小于1 μg/g。這使傳統(tǒng)的加氫脫硫(HDS)工藝面臨著極大的挑戰(zhàn)。因此，非傳統(tǒng)法脫硫工藝受到研究者的廣泛關(guān)注，其中，氧化萃取深度脫硫法最具潛力[12-17]。Otsuki 等[12]認(rèn)為，因為噻吩環(huán)上電子與硫孤對電子共軛，導(dǎo)致硫原子上電子云密度低于硫化物被氧化的最低電子云密度(5.716?5.739)，因此，噻吩及其衍生物會具有十分穩(wěn)定的芳環(huán)，不易被H2O2氧化。而在有機硫化物的氧化反應(yīng)中，鈦硅分子篩表現(xiàn)出了良好的選擇性和活性[18-23]。以鈦硅分子篩TS-1 為催化劑，H2O 或叔丁醇為溶劑，噻吩、甲基噻吩可被氧化[17]。

本研究采用動態(tài)晶化釜合成TS-1，在較短時間內(nèi)即可得到顆粒均勻的MFI 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)TS-1 分子篩，具有微介孔復(fù)合的孔結(jié)構(gòu)性質(zhì)。以H2O 為分散介質(zhì)、H2O2為氧化劑，研究不同硅鈦比TS-1 分子篩的催化氧化脫硫性能。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

正硅酸乙酯、鈦酸四丁酯、25%四丙基氫氧化銨、30%過氧化氫購置于國藥集團化學(xué)試劑有限公司；96%正辛烷、99%噻吩、氫氧化鈉購置于上海阿拉丁生化科技股份有限公司；無水乙醇購置于天津市瑞金特化學(xué)品有限公司。

1.2 實驗儀器

德國布魯克D8 ADVANCE 型X 射線粉末衍射儀；日本日立SU8010 型場發(fā)射掃描電子顯微鏡；日本電子2100F 高分辨透射電鏡；賽默飛世爾Nicolet is50 型傅里葉變換紅外光譜儀；美國康塔Autosorb-IQ2-MP 型的自動靜態(tài)物理吸附儀；安捷倫Cary 5000 型固體紫外可見吸收光譜；長春吉豫科教儀器設(shè)備有限公司生產(chǎn)的規(guī)格為250 mL 的動態(tài)反應(yīng)釜；江蘇江分電分析儀器TSN5000 型硫分析儀。

1.3 TS-1 分子篩的制備

1.3.1 初始合成液的制備

以TPAOH 為模板劑，正硅酸乙酯為硅源，鈦酸四丁酯為鈦源，制備不同硅鈦物質(zhì)的量比的TS-1(X)，其中，硅鈦物質(zhì)的量比X記為1∶x，起始合成液其摩爾組成為1.0 SiO2∶xTiO2∶0.3 TPAOH∶50 H2O。將四丙基氫氧化銨與去離子水在燒杯中混合并劇烈攪拌15 min。隨后，逐滴添加鈦酸四丁酯，連續(xù)攪拌1 h，然后添加正硅酸乙酯，再將反應(yīng)混合物進一步攪拌2 h。

通過改變TBOT 的用量來改變初始合成液中硅鈦比，具體比例如表1 所示。

表1 合成TS-1 分子篩初始合成液組成Table 1 Initial gel composition of TS-1 synthesis

1.3.2 動態(tài)釜制備TS-1 分子篩

將混合攪拌完畢的初始合成液轉(zhuǎn)移至帶有攪拌功能的不銹鋼晶化釜內(nèi)，在170 ℃的條件下不斷攪拌晶化，晶化釜轉(zhuǎn)數(shù)設(shè)定為120 r/min，升溫至170 ℃開始計時晶化4 h。釜中樣品達到晶化時間后，打開攪拌釜的取樣閥，通過連接在攪拌釜上的不銹鋼管中取出。在不銹鋼管的另一端連接冷凝管，樣品經(jīng)冷凝管由冷凝水冷卻，接樣的燒杯置于冷水中，可以確保樣品溫度驟降立即停止晶化。將所得產(chǎn)物離心分離，用去離子水洗滌，洗滌后再經(jīng)離心機離心分離，重復(fù)離心洗滌三次。在90 ℃下置于烘箱內(nèi)干燥過夜，并在馬弗爐中于550 ℃下煅燒6 h。將制得的分子篩與在相同反應(yīng)條件下，在傳統(tǒng)的靜態(tài)釜中合成的TS-1 分子篩做對比，比較得出動態(tài)釜制備TS-1 分子篩的優(yōu)點。

1.4 催化劑表征

德國布魯克 D8 ADVANCE 型X 射線多晶粉末衍射儀分析樣品物相組成，測試條件：Cu 靶Kα1，入射波長λ=0.154 nm，管電壓40 kV，管電流40 mA，掃描5°?40°，掃描速率為4(°)/min，步長為0.02°，保留時間為0.2 s；日本日立SU8010 型場發(fā)射掃描電子顯微鏡觀測鈦硅分子篩的表面形貌；日本電子2100F 高分辨透射電鏡表征催化劑結(jié)構(gòu)；EDS 能譜儀是電子顯微鏡的附屬配套儀器，結(jié)合電子顯微鏡，通過分析可以得知鈦、硅元素在催化劑上的分布；賽默飛世爾 Nicolet is50 型傅里葉變換紅外光譜儀分析樣品的紅外吸收特性，采用溴化鉀壓片法，掃描400?4000 cm?1，分辨率為4 cm?1，掃描32 次；在美國康塔 Autosorb-IQ2-MP 型自動靜態(tài)物理吸附儀上進行N2氣吸附-脫附實驗，分析樣品織構(gòu)特性，比表面積由BET 法計算，孔徑分布由DFT 法獲得；安捷倫Cary 5000固體紫外可見光譜表征鈦硅分子篩當(dāng)中鈦物種的存在形式，以聚四氟乙烯作為參比，掃描200?800 nm；美國Thermo公司制造 ESCALAB 250Xi 型XPS，對鈦硅分子篩表面的元素進行定性分析及化學(xué)價態(tài)分析，X 射線源為AlKα(1486.7 eV)，結(jié)合能(± 0.2 eV)參照在284.8 eV 的C 1s峰。

1.5 催化劑性能測試

以質(zhì)量濃度為500 mg/L 的噻吩-正辛烷模擬油為研究對象。將裝有冷凝回流裝置的100 mL 三口燒瓶置于油浴鍋中，體系當(dāng)中V（模擬油）∶V（水）∶V（H2O2）∶m（分子篩）為15 mL∶15 mL∶0.05 mL∶0.15 g，在60 ℃的條件下攪拌加熱，每30 min 對上層油相進行一次采樣。將分離的液相加入去離子水中以除去水溶性產(chǎn)物（亞砜、砜等）。然后分離上層油相，并通過TSN5000 型硫分析儀測定其硫含量，計算噻吩氧化去除指數(shù)（X，%）表示為：

式中，C0表示反應(yīng)前的噻吩體積含量，Ct表示一段反應(yīng)時間（t，min）之后的噻吩體積含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 動態(tài)法、靜態(tài)法制備TS-1 分子篩對比

圖1 展示了在相同初始投料量配比、相同晶化條件下，分別采用動態(tài)釜和靜態(tài)釜最終制得的TS-1 分子篩的XRD 和紫外可見光譜譜圖。通過XRD譜圖可知，在相同晶化時間下，采用動態(tài)釜晶化得到的TS-1 分子篩的晶化程度明顯高于靜態(tài)釜制得的TS-1 分子篩。紫外可見光譜中310 nm 處的吸收峰歸因于銳鈦礦TiO2[24]。如圖1 所示，靜態(tài)釜制得的TS-1 分子篩在310 nm 處可以觀察到明顯的吸收峰，說明其產(chǎn)生了一定數(shù)量的TiO2。這是由于鈦和硅源的水解速率不一致，未能及時進入TS-1 骨架的鈦物種在體系中形成銳鈦礦型TiO2。而動態(tài)釜合成的TS-1 分子篩沒有觀察到TiO2的形成，TiO2中的Ti 原子不具有反應(yīng)活性，因此，減少TiO2的生成可以提高Ti 原子的轉(zhuǎn)化率，進而提高TS-1 分子篩的催化氧化效率。綜合XRD、UVvis 分析，動態(tài)釜合成TS-1 分子篩比傳統(tǒng)的靜態(tài)釜更具優(yōu)勢，可以在短時間合成TS-1 分子篩，提高TS-1 分子篩的結(jié)晶度并提高Ti 原子的轉(zhuǎn)化率，因此，在合成不同硅鈦比TS-1 分子篩的實驗中均采用動態(tài)釜合成。

圖1 不同方式制備TS-1 分子篩的XRD、紫外可見光譜譜圖Figure 1 XRD patterns,UV-vis spectra of TS-1 samples prepared in different ways

2.2 XRD 分析

圖2 為硅鈦比分別為20、30、40 鈦硅分子篩TS-1 的XRD 譜圖。由圖2 可以觀察到2θ分別在7.8°、8.8°、23.1°、23.8°和24.3°處的主要特征衍射峰，這與MFI 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相對應(yīng)，表明所有樣品均晶化完整且具備MFI 特征結(jié)構(gòu)。在24.32°和29.3°處的單衍射峰應(yīng)歸屬于沸石骨架內(nèi)部的Ti 原子，這是因為晶體的對稱性發(fā)生變化，從單斜晶對稱變成正交晶對稱[25]，Ti 物種成功進入到分子篩骨架，初始原料硅鈦比在20?40 均能成功合成晶型結(jié)構(gòu)完整的TS-1 分子篩。

圖2 不同硅鈦比TS-1 樣品的XRD 譜圖Figure 2 XRD patterns of TS-1 samples with different ratios of silicon to titanium

2.3 SEM、TEM、EDS 分析

圖3 為硅鈦比分別為20、30、40 合成的TS-1 分子篩的SEM 照片。圖中所有的樣品均為尺寸在600 nm 的小顆粒，硅鈦比的改變對合成樣品的粒徑幾乎沒有影響。TS-1(20)的表面最為粗糙，TS-1(40)的顆粒表面最光滑。鈦源的水解速率要小于硅源水解的速率，鈦物種進入TS-1 的骨架也更加緩慢，增加鈦源的起始投入量，會導(dǎo)致在相同晶化時間內(nèi)進入TS-1 骨架鈦含量增加，更多的鈦進入TS-1 骨架使樣品表面變得粗糙和不規(guī)則。

圖3 不同硅鈦比TS-1 樣品的SEM 照片F(xiàn)igure 3 SEM images of TS-1 samples with different ratios of silicon to titanium

圖4 為TS-1(30)分子篩的TEM 照片，圖4(a)為TS-1(30)的透射圖像，圖4(b)、4(c)分別為Si、Ti 的元素分布圖像，從圖中可以看出，水熱合成法合成的TS-1 分子篩，硅、鈦在分子篩中分布均勻，分散程度較好，硅含量大于鈦含量。

圖4 TS-1(30)樣品的TEM 照片F(xiàn)igure 4 TEM images of TS-1(30) sample

通過EDS 測試，對不同硅鈦比TS-1 分子篩的圍觀區(qū)域的元素分布進行定性定量分析，表2 為硅鈦比分別為20、30、40 合成的TS-1 分子篩的元素原子百分比。從表中可以看出，隨著初始投料中鈦含量的不斷增加，當(dāng)初始硅鈦比從40 縮小到30 時，合成的TS-1 分子篩體相中鈦的含量有明顯增加，分子篩體相中硅鈦比從83 縮小到54，當(dāng)硅鈦比從30 縮小到20 時，合成的TS-1 分子篩體相中鈦的含量沒有明顯變化，分子篩體相中硅鈦比也沒有明顯變化，說明在TS-1 分子篩的合成中，鈦不能完全進入到分子篩骨架中，初始合成液中硅鈦比也有一個極限值，不能隨著鈦含量的無限增加而使TS-1 分子篩體相中的鈦無限增加。

表2 不同硅鈦比TS-1 體相的元素原子百分比Table 2 Elements atomic percentage of overall TS-1 samples with different ratios of silicon to titanium

2.4 FT-IR 分析

圖5 中顯示了硅鈦比分別為20、30、40 合成的TS-1 分子篩FT-IR 譜圖。所有樣品均在450、550、800、1100 和1230 cm?1處觀察到特征峰，這表明所有樣品均具備MFI 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。960 cm?1處吸收峰被認(rèn)為是Ti 成功進入分子篩骨架中的證據(jù)[26]。隨著初始鈦含量的不斷減少，I960/I800的值分別為1.24、1.13、1.11，表明鈦進入TS-1 分子篩骨架的量與初始鈦加入量有關(guān)，初始鈦投入量的增加，對應(yīng)進入骨架的鈦也增多。有研究用紅外光譜譜圖中550和450 cm?1處峰強度的比值表示鈦硅分子篩的結(jié)晶度，并將該比例稱為光學(xué)密度比例[27]。據(jù)此計算出樣品TS-1(20)、TS-1(30)、TS-1(40)的I550/I450的值分別為0.72、0.77、0.82。以此評價的結(jié)晶度由大到小依次為 TS-1(40)、TS-1(30)和TS-1(20)，這與XRD 表征結(jié)果一致。

圖5 不同硅鈦比TS-1 的傅里葉變換紅外光譜譜圖Figure 5 FT-IR spectra of TS-1 samples with different ratios of silicon to titanium

2.5 UV-vis 分析

圖6 展示了硅鈦比分別為20、30、40 合成的TS-1 分子篩紫外可見光譜譜圖。由圖6 可見，樣品在210 nm 處出現(xiàn)明顯的吸收峰，歸屬于成鍵氧的2p電子躍遷到Ti4+的3d空軌道產(chǎn)生的吸收[6]，被認(rèn)為是Ti 進入分子篩骨架的特征吸收峰。波長260?280 nm 處的吸收，歸屬為部分縮合的六配位骨架鈦物種[28]。Lv 等[29]認(rèn)為，TS-1 骨架中可以容納的鈦是有限的，即Si/Ti 的極限值為39，此時對應(yīng)TS-1 的含鈦量為2.5%，多余的鈦會轉(zhuǎn)化為非骨架鈦的形式。Zhang 等[30]用ICP對TS-1 的鈦硅比進行分析，發(fā)現(xiàn)硅鈦比小于39 的樣品中均在320 nm 處觀察到了非骨架鈦的特征峰，但本實驗并沒有觀察到明顯的非骨架鈦物種特征吸收峰。

圖6 不同硅鈦比TS-1 樣品的紫外可見光譜譜圖Figure 6 UV-vis spectra of TS-1 samples with different ratios of silicon to titanium

2.6 N2物理吸附分析

不同硅鈦比TS-1 分子篩樣品的N2吸附-脫附等溫線和DFT 孔徑分布如圖7 和圖8 所示，孔結(jié)構(gòu)參數(shù)如表3 所示。如圖所示，所有樣品的N2吸附-脫附等溫線表示為Ⅰ型，證明樣品富含大量的微孔結(jié)構(gòu)，在DFT 孔徑分布圖中也可以看出所有樣品具有大量的微孔。同時DFT 孔徑分布圖中還可以觀察到2.0?3.5 和33?50 nm 的介孔，其中，33?50 nm 處介孔的含量受硅鈦比影響明顯，這部分的介孔是造成吸附等溫線在相對壓力接近1 時跳躍的主要原因。通過觀察圖7 可知，吸附-脫附等溫線為Ⅰ型等溫線，在相對壓力接近1 時，吸附量有了明顯的增大，說明33?50 nm 處介孔增多，這與孔徑分布圖相一致。由表3 可知，改變硅鈦比對樣品的微孔體積影響不大，主要影響的是TS-1 分子篩中介孔的性質(zhì)。

表3 不同硅鈦比TS-1 的孔結(jié)構(gòu)性質(zhì)Table 3 Pore structure properties of TS-1 samples with different ratios of silicon to titanium

圖7 不同硅鈦比TS-1 樣品的氮氣吸附-脫附等溫線Figure 7 Relative pressure N2 adsorption-desorption isotherms of TS-1 samples with different ratios of silicon to titanium

圖8 不同硅鈦比TS-1 樣品的 DFT 孔徑分布Figure 8 DFT pore size distributions of TS-1 samples with different ratios of silicon to titanium

2.7 XPS 分析

如表4 所示，Veter 等[31]解釋了TS-1 在XPS中，Ti 2p、Si 2p以及O 1s三種元素出現(xiàn)光譜峰時結(jié)合能的位置。當(dāng)Ti 2p3/2的結(jié)合能(BE)為(457.9 ±0.2) eV 時，是非骨架鈦(TiO2)的光譜峰，當(dāng)Ti 2p3/2的結(jié)合能(BE)為(460.0±0.2) eV 時，是骨架鈦的特征峰。由于Ti4+與Si4+電負(fù)性不同，使得Ti 2p3/2的結(jié)合能由TiO2的458.8 eV 躍遷到TS-1 的460.0 eV。

表4 不同物質(zhì)光電能譜峰處結(jié)合能Table 4 Binding energy of different samples

表5 為XPS 分析得到的不同硅鈦比TS-1 分子篩表面元素原子含量，通過觀察發(fā)現(xiàn)，隨著初始投料中鈦含量的增加，當(dāng)硅鈦比從40 下降到30時，表面鈦原子含量有明顯的增加，當(dāng)初始投料中鈦含量繼續(xù)增加，表面鈦原子含量沒有明顯變化，TS-1 表面鈦原子含量增加的趨勢與TEM 觀察到的體相鈦原子含量增加趨勢相同。

表5 不同硅鈦比TS-1 表相的元素原子百分比Table 5 Elements atomic percentage of surface TS-1 samples with different ratios of silicon to titanium

以C 1s為248.8 eV 作為結(jié)合能校對標(biāo)準(zhǔn)，圖9展示了不同硅鈦比TS-1 分子篩樣品中Ti 2p光譜的XPS 譜圖。由圖9 可見，不同硅鈦比TS-1 分子篩的Ti 2p譜圖曲線只有一個Ti 2p3/2的特征峰在460.2 eV 左右和一個466.0 eV 左右的Ti 2p1/2特征峰，與Hasegawa 等[32]的實驗數(shù)據(jù)相吻合，表明合成的不同硅鈦比TS-1 分子篩中只含有骨架鈦，與UV-vis表征結(jié)果相一致。

圖9 不同硅鈦比TS-1 樣品的 XPS 譜圖Figure 9 XPS spectra of TS-1 samples with different ratios of silicon to titanium

此外，通過對比不同硅鈦比TS-1 的XPS 譜圖可以發(fā)現(xiàn)，Ti 2p3/2和Ti 2p1/2的光譜峰位置幾乎沒有變化，稍有差異是由于擬合曲線時的誤差造成的，證明了不同硅鈦比的TS-1 分子篩中，Ti 的化合價沒有變化，TS-1 分子篩的基本結(jié)構(gòu)不變。

Ti 2p3/2和Ti 2p1/2分別表示了Ti 的不同鍵級，鍵級越高，原子之間成鍵越穩(wěn)定，分子結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，即Ti 2p3/2含量越多對TS-1 分子篩越有益。通過計算三種TS-1 分子篩XPS 譜圖中Ti 2p3/2和Ti 2p1/2的峰面積，得出TS-1(20)、TS-1(30)、TS-1(40)樣品中Ti 2p3/2的占比分別為62.41%、76.23%、55.57%，即硅鈦比為30 時，TS-1 分子篩結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定。

2.8 催化劑性能測試

油品中含硫有機物包括噻吩、苯并噻吩等，其中，動力學(xué)直徑較小的有機物可以進入分子篩的孔徑中，直徑較大的有機物只能在催化劑表面反應(yīng)。TS-1 分子篩骨架與表面均有活性位點的鈦，其與H2O2作用反應(yīng)生成具有強氧化性的Ti-O-OH 分子，它可以將油品中噻吩類有機硫化物氧化為亞砜類物質(zhì)，進一步氧化為砜類物質(zhì)，砜和亞砜均可溶于水，通過萃取可與油品分離，達到油品脫硫的目的。

TS-1 分子篩中活性鈦的含量高低直接決定了TS-1 分子篩催化氧化脫硫性能好壞。綜合TEM、XPS 表征結(jié)果分析，在原始投料硅鈦比相同的條件下，合成的TS-1 分子篩中表相鈦含量明顯高于體相鈦含量，說明骨架鈦大多存在于分子篩的表面，分子篩內(nèi)部孔道中鈦含量較少。在TS-1 催化氧化脫硫過程中，脫硫反應(yīng)大部分發(fā)生在分子篩表面，因此，TS-1 分子篩表面的鈦含量對脫硫效率影響較大。通過XPS 測試結(jié)果分析，TS-1(30)表面鈦含量較高，且擁有最多的Ti 2p3/2，更有利于催化劑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定；油品中一些含硫小分子如硫醇、硫醚等，可以進入分子篩孔道內(nèi)部，因此，少部分脫硫反應(yīng)也會發(fā)生在催化劑內(nèi)部，除了TS-1 分子篩內(nèi)部的鈦含量，TS-1 分子篩孔道直徑大小也對脫硫效率產(chǎn)生影響，通過對N2物理吸附測試結(jié)果分析，TS-1(30)擁有較大的介孔體積，33?50 nm 的介孔含量最多，更有利于油品中含硫有機物進入TS-1 分子篩骨架內(nèi)部反應(yīng)，同時，TEM 結(jié)果也顯示TS-1(30)體相鈦原子含量最多。綜合表征結(jié)果分析，初始投料中硅鈦比為30 合成的TS-1 分子篩擁有更好的催化氧化脫硫性能。

圖10 中展示了硅鈦比分別為20、30、40 合成的TS-1 分子篩以及靜態(tài)釜合成的TS-1 分子篩的脫硫效果，從圖中可以看出，靜態(tài)釜合成的TS-1分子篩的脫硫效率遠(yuǎn)低于動態(tài)釜合成的TS-1 分子篩，其中，TS-1(30)的催化氧化脫硫性能最優(yōu)，起始噻吩脫除率為75%，最終達到83%。TS-1(40)最終脫硫效果與TS-1(30)相同，但起始噻吩脫除率只有71%，在相同的反應(yīng)時間內(nèi)，TS-1(30)具有更好的催化氧化脫硫性能。由圖可以得出，催化氧化脫硫效果沒有根據(jù)硅鈦比的增加或減少表現(xiàn)出明顯的對應(yīng)關(guān)系，由此可見控制合成TS-1 時鈦的加入量十分關(guān)鍵，針對不同的反應(yīng)需要探索與該反應(yīng)對應(yīng)的最佳起始硅鈦比。對于同一反應(yīng)，即便是相同的配比，鈦的存在形式也會根據(jù)操作條件的變化而改變，Millini 等[33]認(rèn)為，TS-1 中鈦的理論上限含量為2.5%。因此，根據(jù)反應(yīng)不同需要選擇合適的原料配比和反應(yīng)條件。

圖10 不同硅鈦比TS-1 樣品在H2 O2中催化氧化噻吩Figure 10 Catalytic oxidation of thiophene (Th) with H2 O2 over TS-1 samples with different ratios of silicon to titanium

3 結(jié)論

采用動態(tài)釜，在分子篩制備的過程中引入攪拌，考察初始原料不同硅鈦比對合成TS-1 的影響。合成的分子篩粒徑在600 nm 左右，含有大量微孔結(jié)構(gòu)，初始鈦硅比不同對樣品形貌和孔道結(jié)構(gòu)有很大影響，對介孔性質(zhì)影響較大，對微孔體積影響較小。

初始原料硅鈦比為30 時，合成的TS-1 分子篩體相及表面鈦的含量均達到最大，TS-1 分子篩催化活性更好，且Ti 2p3/2的相對含量較多，更有利于TS-1 分子篩結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

TS-1 的孔道起到傳輸擴散的作用，由于噻吩等含硫有機物分子直徑較大，因此，增加TS-1 中介孔的比例，進而提高介孔中鈦的可接近性，可以提高分子篩氧化脫硫的效率。當(dāng)硅鈦比為30 時，介孔體積最大，分子篩總比表面積最大，反應(yīng)物與催化劑接觸更充分，氧化脫硫效果最好。