TS-1 Zeolit ​​Moleküler Elek, MFI yapısına sahip çok yönlü zeolit

Orta gözenekli TS-1, çeşitli endüstriyel uygulamalarda etkili bir katalizör olarak uygulanan, MFI yapısına sahip oldukça çok yönlü bir zeolittir.TS-1, bir oksidan olarak H2O2 içeren oksidasyon reaksiyonlarında benzersiz katalitik performans gösterir.TS-1 katalizörü, aromatiklerin hidroksilasyonu, alkenlerin epoksidasyonu, ketonların amoksimasyonu, alkanların ve alkollerin oksidasyonu vb. Dahil olmak üzere çeşitli organik substratların hidrojen peroksit ile seçici oksidasyonunda oldukça etkilidir.

Giriş

Çevreye zarar vermeyen bir katalizör olarak, titanyum silikalit moleküler eleğin (TS-1) başarılı sentezi, bir oksidan olarak H2O2 içeren oksidasyon reaksiyonundaki benzersiz katalitik performansı nedeniyle 1980'lerden itibaren zeolit ​​katalizinde bir kilometre taşı olarak kabul edilmiştir.1 TS- 1 zeolit, ZSM-5 ile aynı iskelet yapısına (MFI) sahiptir.(100) boyunca 5,1 × 5,5 Å ve 5,3 × 5,6 Å boyunca gözenek boyutu ile (010) (Şekil 1) iki yönlü 10 üyeli halka gözenek sistemlerine sahiptir (Şekil 1). TS-1'deki 2 Ti türü üç farklı biçimde mevcuttur. , oktahedral Ti türleri ve anataz-TiO2 kristalleri hidrojen peroksit kullanımını azaltırken, çerçevedeki yalnızca dört yüzlü Ti türleri yüksek seçicilik ifade edebilmektedir3.

Şekil 1. MFI iskelet yapısının topolojisi

Sentez

TS-1'in hazırlanması için geleneksel hidrotermal sentez prosedürü aşağıdaki gibidir4: tetraetoksisilan (TEOS) ve tetrabutilortoitanat (TBOT) ilk önce sulu bir tetrapropilamonyum hidroksit (TPAOH) çözeltisi içinde hidrolize edilir.Alkollerin 343-353 K'da buharlaştırılarak uzaklaştırılmasından sonra, molar bileşim Si02 / Ti02 / TPAOH / H20 = 1: 0.025: 0.15: 15 olan berrak bir jel solüsyonu elde edilir.Jel daha sonra 443 K'da 12 saat süreyle ön kristalleştirilir.Tamamen kristalize edilmemiş, ancak muhtemelen MFI yapısının en azından birincil ve ikincil yapı birimlerini içeren bu ürün, santrifüjleme ile toplanır ve damıtılmış su ile birkaç kez durulanır.Beyaz kek daha sonra kristalizasyon için kullanılan beyaz bir koloidal çözelti elde etmek için su içinde dağıtılır.443 K'da kristalizasyon süresinin 3 güne uzatılmasıyla kontrol deneyleri için tamamen kristalize TS-1 numuneleri elde edilir. Katı ürünün kalsinasyonu, 823 K'da havada 8 saat süreyle gerçekleştirilir.

TS-1.5 sentezi için birçok farklı protokol geliştirilmiştir. Bunlar arasında farklı Si ve Ti kaynakları, organik yapı yönlendirme ajanları (SDA) ve mineralleştirici ajanlar bulunur (bkz. Şekil 2) .6 Literatürde açıklanan çok sayıda preparattan, Farklı kristal boyutuna, morfolojiye, hidrofobik-hidrofilik özelliklere ve kristaller boyunca titanyum dağılımlarına sahip TS-1 malzemeleri bulmak mümkündür.7 Farklı parçacık boyutlarına sahip iki tip TS-1 malzemesi (0,3-0,5 µm ve 20-50 µm) ACS Material çevrimiçi mağazamızdan satın alınabilir (Şekil 3).

Şekil 2. TS-1 hazırlığı için kullanılan çok sayıda kaynak.Ref çoğaltılmıştır.5

Şekil 3. Satın alınabilen ACS Materyal TS-1 moleküler eleklerin SEM görüntüleri.

Başvurular

TS-1 katalizörü, aromatiklerin hidroksilasyonu, alkenlerin epoksidasyonu, ketonların amoksimasyonu ve alkanların ve alkollerin oksidasyonu gibi çeşitli organik substratların hidrojen peroksit ile seçici oksidasyonunda oldukça etkilidir.

Oksidasyon reaksiyonları için TS-1'in şekil seçiciliği ilk olarak Tokyo Teknoloji Enstitüsü Japonya'dan Takashi Tatsumi tarafından farklı lineer, dallı ve siklik alkanlar bir oksidan olarak H2O2 kullanılarak TS-1 ile oksitlenirken gösterilmiştir (Tablo 1'de gösterilmiştir). sikloheksandan on yedi kat daha yüksek bir oksidasyon devri sayısı gösterdi ve dallı alkanlar ihmal edilebilir aktivite gösterdi.Doğrusal alkanın uzunluğu altı karbon atomunun üzerinde olduğunda, daha yüksek difüzyon kısıtlamaları ile açık bir ilişki içinde, aktivitede kayda değer bir azalma da vardır (bkz. Tablo 1).Alkenlerin epoksidasyonu ve doymamış alkollerin oksidasyonu gibi diğer reaksiyonlar da şekil seçici oksidasyonu daha ileri düzeyde incelemek için test edilmiştir.

Tablo 1. Tatsumi ve ark. Tarafından bildirilen H2O2 kullanılarak TS-1 ile farklı alkanların oksidasyonunun sonuçları.8

Sonuç

TS-1 moleküler elek, MFI yapısına sahip oldukça çok yönlü bir moleküler elektir.TS-1'i sentezlemek için pek çok ekonomik ve çevreci yöntem hala yapım aşamasındadır.TS-1 katalizörü, çeşitli organik substratların hidrojen peroksit ile seçici oksidasyonunda oldukça etkilidir.Siklohekzanonun karşılık gelen oksim ile amoksimasyonu ve propilen oksit sentezi gibi reaksiyonlar, katalizör olarak TS-1 kullanılarak başarılı bir şekilde ticarileştirilmiştir.TS-1'in diğer gelecek vaat eden uygulamaları hakkındaki araştırmalar devam etmektedir.