沸石催化剂是什么？

Question

什么是沸石催化剂？

Answer 1

基本信息

中文名称

沸石催化剂

外文名称

zeolite catalyst

别称

分子筛催化剂

结构

架状结构

别名

molecular sieve catalyst

名称:沸石催化剂;分子筛催化剂;zeolite catalyst;molecular sieve catalyst

天然沸石为一族含水的硅铝酸盐矿物，含有碱金属和碱土金属，具架状结构，其中有连通的空腔。为大的金属阳离子和水分子所占据，是三维的四面体骨架。人工合成沸石称为分子筛。硅(或铝)-氧环可以形成不同的笼结构，由不同数量和种类的笼即可形成不同类型的分子筛。分子筛是一种水合的硅铝酸盐晶体，其化学组成通式为:(M是金属离子，n是M的价数，m、p分别是SiO2和H2O的摩尔量)，因分子中Si/Al比不同，可以有A、X、Y及丝光沸石型分子筛。分子筛具有酸碱中心，可用于酸碱催化反应，此即为沸石(或分子筛)催化剂。最著名的还有ZSM-5分子筛催化剂。广泛用于催化裂化等石油加工过程和气体、液体的分离、回收、干燥、脱水等工业过程。

Answer 2

沸石催化剂，又称分子筛催化剂（zeolite catalyst；molecular sieve catalyst），是一种催化剂，可用于酸碱催化反应，解决了酚类化合物传统制备工艺高能耗、高污染、收率低等问题。
这种高活性催化剂在芳环羟基化反应中具有极高效率，有望实现苯酚等酚类化合物的工业化规模生产，显示出重要的潜在工业应用前景。同时，这种催化剂的创新制备方法还具有广泛的普适性，能够进一步构筑出含有不同金属(如含铁、铜、锰等元素)的沸石分子筛，制备出高效的多相催化剂，有望实现其他种类化学品的绿色生产。
酚类化合物(如苯酚和甲酚等)是一类用途广泛、用量巨大的化学品，可用于制备杀虫剂、农药、塑料、染料、药物、聚合物等等。但这些酚类化合物的工业生产往往是高能耗和高污染的过程，而且传统生产工艺存在过度氧化、反应步骤繁琐、收率低、副产物多等问题。为解决上述问题，课题组自主开发了沸石分子筛催化剂，并采用双氧水等清洁氧源，通过环境友好的苯羟基化反应实现酚类化合物的高效制备。
苯是惰性底物，而产物苯酚比底物苯更活泼，以往传统方法制备苯酚时，在产生苯酚的过程中，还会继续对苯酚氧化，从而发生一系列严重副反应，并产生一些不良副产物。且传统催化剂的利用率不高，反应时间也长达十至数十个小时，难以满足工业催化的需求。王军课题组采用创新方法，制备一种含钒、硅、氧三种元素的沸石分子筛催化剂，用于苯与双氧水发生的化学反应中，生成苯酚等酚类物质。
这一新型催化剂的应用，使双氧水与苯反应产生苯酚时，不会再与比较活泼的苯酚发生不良副反应、产生不良副产物，而是让双氧水定向只与苯发生反应，直接一步制备出苯酚，获得纯苯酚的收率极高，苯酚收率和双氧水利用率均达30%以上；反应过程中只产生水，没有其他废弃物。
此外，这种新型催化剂并非由五价变为四价产生自由基引发反应，而是在反应中不需变价，即可经历一个非自由基的快速反应生成酚类，从而大幅缩短反应时间，极大提高获得苯酚的效率。