
在当今化工行业追求绿色、高效发展的大背景下,一种名为TS-1钛硅分子筛的新型催化材料正引起产业界的广泛关注。这种具有独特MFI拓扑结构的晶体材料,凭借其优异的择形催化能力和氧化催化特性,正成为化工行业实现绿色转型的“芯片”。
随着国内企业在TS-1钛硅分子筛研发领域的持续突破,这项曾经依赖进口的技术正不断打破国外垄断,为中国化工行业注入新的活力。
1.生产工艺,从复杂到简洁的进化
TS-1钛硅分子筛的生产工艺经历了从传统复杂工艺向现代高效方法的演进。据南京工业大学技术转移中心介绍,传统工业TS-1分子筛合成方法存在诸多局限性。
传统方法以四丙基氢氧化铵(TPAOH)为模板剂,使正硅酸乙酯(TEOS)和钛酸酯相继水解,先经水热合成得到初产品,再对其进行多次水热后处理,制得高活性的TS-1分子筛。然而这一生产过程繁琐,有些步骤难以控制,使得TS-1分子筛的性能不稳定,也增加了其生产成本。
针对这些问题,新一代生产工艺不断涌现。南京工业大学开发的干胶法制备TS-1分子筛技术,使用昂贵的TPAOH模板剂的使用量仅为水热法的1/3至1/4。该技术还避免了现有工业生产TS-1分子筛繁杂的后处理过程,且单位时间的生产效率有很大的提高,大大降低了生产成本。
2.性能优化,从基础到高效的提升
TS-1钛硅分子筛是一种含钛的微孔分子筛,其骨架中部分硅原子被钛原子取代,化学式可表示为 TiₓSi₁₋ₓO₂(x 通常为 0.01~0.02)。其晶体呈白色粉末状,孔径约0.55纳米,比表面积达350~400m²/g,热稳定性良好,可在550℃以下稳定存在。近年来,研究人员通过多种方法对TS-1分子筛的性能进行优化。多氟多新材料股份有限公司开发的一种钛硅分子筛TS-1的改性方法,解决了钛硅分子筛TS-1结构易于破碎坍塌、钛源流失、催化使用寿命短的问题。
该方法使TS-1使用周期从5次催化效率降低到80%以下,提升到了15次催化后依旧保持有85%以上的催化效率。
3.应用领域,从化工到环保的拓展
TS-1钛硅分子筛兼具分子筛的择形催化性与钛活性中心的氧化催化能力,在温和条件下能活化过氧化氢,对烯烃环氧化、芳烃羟基化等反应展现出优异的催化活性和选择性。
3.1化工生产
在化工领域,TS-1钛硅分子筛已成为环己酮氨肟化制己内酰胺、丙烯直接氧化制环氧丙烷等现代清洁化学工业中最关键的催化剂技术。郑州大学工业催化研究所开发的“高性能多级孔钛硅分子筛催化剂工业化制备技术”使用简单的设备,在较低的温度、较低的压力条件下,使廉价钛源和硅源在一定的工艺下发生自组装。短时间反应即可合成骨架由氧化钛和氧化硅组成的高度结晶的多级孔MFI结构钛硅氧化物。
3.2环保领域
在环保领域,TS-1钛硅分子筛在污水处理方面展现出巨大潜力。随着全球船用燃料油硫含量限制降至0.05wt%,开发高效氧化脱硫技术成为能源领域迫切需求。钛硅分子筛TS-1因其独特的Lewis酸性位点和择形催化特性,在氧化脱硫反应中展现出巨大潜力。
3.3新材料合成
在新材料合成方面,TS-1钛硅分子筛也发挥着重要作用。研究发现,钛硅分子筛TS-1对于以双氧水为氧化剂的许多低温有机反应,如烯烃环氧化、醇类氧化为醛或酮等都表现出较高性能。
催化剂被誉为工业生产的“芯片”,一瓶微小的粉末,与90%的工业生产过程紧密相连。随着中国企业在TS-1钛硅分子筛领域的不断创新与突破,这项曾经被国外垄断的技术正在中国化工行业实现从追赶到引领的跨越。
TS-1钛硅分子筛技术的国产化突破,不仅打破了国外技术垄断,更推动了整个化工行业向绿色、高效、可持续方向发展,为中国绿色化工事业注入新的动力。