文 献 综 述

1. MCM-22沸石的结构和应用

1.1 MCM-22沸石的结构

1990年，美孚公司报道了MCM-22分子筛具有层状结构，层面之间以氧桥相连，并拥有两套互不相通的多维孔道体系^[1]。MCM-22沸石具有两种独立的十元环孔道体系，其中一种是二维正弦波形、交叉的、具有0.45 nm#215;0.51 nm椭圆形截面的十元环孔道；另一种是直径为十二元环的大型圆柱型超笼，超笼内部自由空间为0.71 nm#215;0.71 nm#215;1.82 nm，这些超笼与0.45 nm#215;0.55 nm十元环窗口相连（图1）。半十二元环超笼（0.71 nm#215;0.71 nm#215;0.91 nm）在[001]晶体外表面形成吸附能力大的口袋（pockets），二个超笼通过六角棱柱相连（图2）。由于结构的特殊性，MCM-22兼具酸催化特性和结构选择性，而且还具有水热稳定性好、吸附能力强、比表面积大（大于400 m²/g）等特性，为其在烷基芳烃的生产、环境保护、汽油改质、催化裂化、烯烃的异构化、水合、聚合等诸多催化领域的应用提供了可能^[2]。

图1 MCM-22的结构

图2 单层六方的晶体图

1.2 MCM-22沸石的应用

因结构的特殊性，MCM-22兼具酸催化特性和结构选择性，而且还具有水热稳定性好、吸附能力强、比表面积大等特性，为其在烷基芳烃的生产、环境保护、汽油改质、催化裂化、烯烃的异构化、水合、聚合等诸多催化领域的应用提供了可能^[2]。MCM-22分子筛对于多种反应具有催化性能，其原因在于：（1）小分子反应物在MCM-22分子筛内部发生反应，穿过十元环孔道通过扩散方式进入其内部的正弦曲线孔道和超笼中。但对于大有机分子来说，进入连接内孔道系统的十元环孔道中是受阻的，所以不能在十元环孔道中发生反应。（2）大分子反应物在MCM-22分子筛外表面的Pocket或十二元环中发生反应，反应物是通过催化剂外表面进入其中的，因而十二元环和Pocket决定了其择形催化作用。含有十二元环的Pocket形成了六方的晶体表面，这些Pocket的数量和深度足够大能使大部分有机分子进入其中，并且促进了某些反应。图2是形象的三维单层六方MCM-22晶体图（其中12MR和10MR不相通），很直观地可以看出存在不同的反应位。在甲烷芳构化反应中，MCM-22分子筛明显地表现了其优异的催化性能。在丙烯与苯烷基化反应过程中用MCM-22作催化剂时，由于苯只在超笼笼内迁移，故而丙烯只能和苯在体积较大的Pocket中反应。尤其在较低的苯/丙烯摩比条件下，能高选择性的生成异丙苯、二异丙苯，不易生成丙烯共聚物及正丙苯等副产物。

MCM-22分子筛有两种孔道系统和特殊的活性位分布决定了其独特的催化反应性能及应用前景。作为甲烷芳构化反应的MCM-22分子筛催化剂，具有积炭少、选择性高的特点，对于乙苯、异丙苯等烷基芳烃的生产也表现出很高的活性及选择性，也可用于环境保护中的脱硫和消除NO_X及汽油改质中MTBE、异构烷烃的合成。此外含Fe、Ti等杂原子的MCM-22的研究报道虽不多，但是这些过渡金属离子取代进入骨架后使分子筛兼有了本身的孔道等特点和金属离子的催化性将进一步开拓其应用前景^[3]。