基于V-ZSM-5分子筛催化剂乙烷氧化脱氢体系的设计构建与紫外共振拉曼光谱研究

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基本信息

项目摘要

Oxidative dehydrogenation of ethane (ODE) to ethylene with low energy consumption and great application potential has been attracting much attention. Although numerous catalysts, represented by vanadium oxide based catalytic materials, have been reported in literatures, the performance for ODE was still relatively low, and there were still not very clear about catalytic active site, the role of catalyst acidity in ODE and reaction mechanism. To solve these problems, this project will innovatively develop V-ZSM-5 zeolite based catalyst with both oxidation site and acid site, and adopt powerful UV resonance Raman spectroscopy to study ODE system for the first time. With the effects of some hydrothermal conditions (initial Si/V, Si/Al ratios and alkalinity) on the incorporation of vanadium and aluminum into zeolitic framework studied by UV resonance Raman spectroscopy and 27Al solid state NMR spectroscopy, synthesis of V-ZSM-5 zeolites with various framework Si/V and Si/Al ratios can be easily fulfilled. Then the promotion effects of Brønsted acidity and modification with transitional metal oxide on ODE process will be investigated to achieve the development of high-performance V-ZSM-5 zeolite based catalyst. On the basis, ODE process will be studied by in situ UV resonance Raman spectroscopy to deepen the understanding of catalytic active site, the role of catalyst acidity in ODE and reaction mechanism, which would be helpful for developing highly excellent ODE catalyst.
低能耗、应用潜力巨大的乙烷氧化脱氢制乙烯路线正受到人们的广泛关注。虽然以氧化钒基催化材料为代表的不少催化剂被报道出来,但乙烷氧化脱氢的性能仍然偏低,对催化活性中心、催化剂酸性在反应中所起作用和反应机理的认识仍然不够深入。为了解决这些问题,本项目创新地发展兼具氧化位和酸性位的V-ZSM-5分子筛基催化剂,并首次采用先进的紫外共振拉曼光谱研究乙烷氧化脱氢体系。重点研究初始溶/凝胶中的Si/V和Si/Al比及碱度对钒与铝进入分子筛骨架的影响规律,进而实现各种骨架Si/V和Si/Al比的V-ZSM-5分子筛的合成。然后重点考察Brønsted酸性和过渡金属氧化物修饰对乙烷氧化脱氢反应的促进作用,以开发出较高性能的V-ZSM-5分子筛基催化剂。在此基础上,采用原位紫外共振拉曼光谱研究乙烷氧化脱氢过程,深入认识催化活性中心、催化剂酸性在反应中所起作用和反应机理,为开发性能优异的催化剂提供理论指导。

结项摘要

根据项目计划书,开展了V-ZSM-5分子筛的合成、表征及催化乙烷氧化脱氢性能评价工作。由于在碱性条件下合成及V与Al之间存在相互作用,所得的V-ZSM-5分子筛V含量低、骨架Si/V和Si/Al比无法有效地调控,进而在催化乙烷氧化脱氢上表现出较低的催化性能。鉴于此,也对Ti-MWW分子筛研究中酸处理的确切作用、怎样的TiO4物种活性最高以及如何简单、有效地暴露十二元环半超笼等关键科学问题开展了研究工作,取得了一些原创成果。发现酸处理无硼Ti-MWW分子筛原粉不仅除去了部分低活性的非骨架TiOm (m=5, 6)物种,还使另一部分转变为高活性的骨架TiO4物种,这一观点之前从未被报道过。TiO4物种活性由高到低顺序为:骨架Ti(OSi)4物种 > 骨架Ti(OSi)3OH物种 >> 处于无定型SiO2中的TiO4物种。酸处理含硼Ti-MWW分子筛原粉可使部分非活性的非骨架TiO6物种转变为活性的骨架TiO4物种,酸处理直接焙烧样则使几乎全部非活性的非骨架TiO6物种转变为非活性的锐钛矿TiO2。开发了有机硅原位层剥离制备薄层Ti-MWW分子筛的方法,制得的Ti-MWW分子筛的厚度为10~20 nm,其在环己烯环氧化中展现出比常规Ti-MWW分子筛更优异的催化性能。这些认识或结果对Ti-MWW分子筛的进一步研究和高效钛硅分子筛催化剂的开发都有较大的帮助。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
The evolution of titanium species in boron-containing Ti-MWW zeolite during post-treatment revealed by UV resonance Rarnan spectroscopy
紫外共振拉纳光谱揭示后处理过程中含硼 Ti-MWW 沸石中钛物质的演变
  • DOI:
    10.1016/j.micromeso.2017.07.006
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Microporous and Mesoporous Materials
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Zhang Shilin;Jin Shaoqing;Tao Guiju;Wang Zhendong;Liu Wei;Chen Yi;Luo Juan;Zhang Bin;Sun Hongmin;Wang Yangdong;Yang Weimin
  • 通讯作者:
    Yang Weimin
UV resonance Raman spectroscopic insight into titanium species and structure-performance relationship in boron-free Ti-MWW zeolite
紫外共振拉曼光谱洞察无硼 Ti-MWW 沸石中的钛物质和结构-性能关系
  • DOI:
    10.1016/j.jcat.2017.07.032
  • 发表时间:
    2017-09
  • 期刊:
    Journal of Catalysis
  • 影响因子:
    7.3
  • 作者:
    Jin Shaoqing;Wang Zhendong;Tao Guiju;Zhang Shilin;Liu Wei;Fu Wenhua;Zhang Bin;Sun Hongmin;Wang Yangdong;Yang Weimin
  • 通讯作者:
    Yang Weimin
A facile organosilane-based strategy for direct synthesis of thin MWW-type titanosilicate with high catalytic oxidation performance
一种基于有机硅烷的简便策略,用于直接合成具有高催化氧化性能的薄 MWW 型钛硅酸盐
  • DOI:
    10.1039/c8cy01947a
  • 发表时间:
    2018-12-07
  • 期刊:
    CATALYSIS SCIENCE & TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Jin, Shaoqing;Tao, Guiju;Yang, Weimin
  • 通讯作者:
    Yang, Weimin

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其他文献

采用CO吸附原位红外光谱研究Pt/TiO_2光催化体系中助催化剂作用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    催化学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    沈帅;王秀丽;丁倩;金少青;冯兆池;李灿
  • 通讯作者:
    李灿
Nitrogen-doped layered oxide Sr5Ta4O15xNx for water reduction and oxidation under visible light irradiation
氮掺杂层状氧化物Sr5Ta4O15
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    Journal of Materials Chemistry
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈闪山;杨竞秀;丁春梅;李仁贵;金少青;王东娥;韩洪宪;章福祥;李灿
  • 通讯作者:
    李灿

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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