Charge compensation dominates the distribution of silica in SAPO-34

doi:10.1016/S1872-2067(15)61025-7

Abstract

Abstract:

The distribution of Si atoms in the SAPO-34 framework determines its acidity and catalytic effects. This was investigated using the charge balance between the inorganic framework and trapped template ions. Three types of templates, which yielded R⁺, 2R⁺ and 2R²⁺ positive charges in the cages of SAPO-34, were obtained from single crystal data and they were used to direct the synthesis of SAPO-34 with different Si contents and formation of isolated Si atoms and Si islands in the lattice. The concentration limits of SiO₂ in the gel for constituting isolated Si atoms were calculated and verified experimentally. Si islands, including 5-Si, 8-Si, 11-Si, 14-Si island were described on the basis of host-guest charge compensation. An overall view of the distribution of Si atoms in SAPO-34 was given and a criterion for the strength and density of acid sites in SAPO-34 for it to be an efficient catalyst for MTO was made available.

Key words: SAPO-34, Si distribution, Synthesis, Silicon island, Methanol to olefins

Huiru Zhao, Shumei Shi, Jinxiong Wu, Yue Ding, Niu Li. Charge compensation dominates the distribution of silica in SAPO-34[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2016, 37(2): 227-233.

×
share this article

Add to citation manager EndNote|Ris|BibTeX

URL: https://www.cjcatal.com/EN/10.1016/S1872-2067(15)61025-7

https://www.cjcatal.com/EN/Y2016/V37/I2/227

References

[1] U. Olsbye, S. Svelle, M. Bjøgen, P. Beato, T. V. W. Janssens, F. Joensen, S. Bordiga, K. P. Lillerud, Angew. Chem. Int. Ed., 2012, 51, 5810.
[2] J. Lefevere, S. Mullens, V. Meynen, J. Van Noyen, Chem. Papers, 2014, 68, 1143.
[3] M. Charghand, M. Haghighi, S. Aghamohammadi, Ultrasonics. Sonochem., 2014, 21, 1827.
[4] G. Y. Liu, P. Tian, Z. M. Liu, Chin. J. Catal., 2012, 33, 174.
[5] M. Guisnet, L. Costa, F. R. Ribeiro, J. Mol. Catal. A, 2009, 305, 69.
[6] W. L. Dai, G. J. Wu, N. D. Li, N. J. Guan, M. Hunger, ACS Catal., 2013, 3, 588.
[7] T. Álvaro-Muñoz, C. Márquez-Álvarez, E. Sastre, Catal. Today, 2012, 179, 27.
[8] J. Z. Li, Y. X. Wei, J. R. Chen, P. Tian, X. Su, S. T. Xu, Y. Qi, Q. Y. Wang, Y. Zhou, Y. L. He, Z. M. Liu, J. Am. Chem. Soc., 2012, 133, 836.
[9] S. Askari, R. Halladj, M. Sohrabi, Rev. Adv. Mater. Sci., 2012, 32, 83.
[10] B. P. C. Hereijgers, F. Bleken, M. H. Nilsen, S. Svelle, K. P. Lillerud, M. Bjøgen, B. M. Weckhuysen, U. Olsbye, J. Catal., 2009, 264, 77.
[11] T. Álvaro-Muñoz, C. Álvarez, E. Sastre, Appl. Catal. A, 2014, 472, 72.
[12] D. Chen, K. Moljord, A. Holmen, Microporous Mesoporous Mater., 2012, 164, 239.
[13] S. Bordiga, L. Regli, C. Lamberti, A. Zeccina, M. Bjorgen, K. P. Lillerud, J. Phys. Chem. B, 2005, 109, 7724.
[14] Z. B. Li, J. Martinez-Triguero, P. Concepción, J. Yu, A. Corma, Phys. Chem. Chem. Phys., 2013, 15, 14670.
[15] G. J. Yang, Y. X. Wei, S. T. Xu, J. R. Chen, J. Z. Li, Z. M. Liu, J. H. Yu, R. R. Xu, J. Phys. Chem. C, 2013, 117, 8214.
[16] E. Kang, T. Kim, H. Chae, M. Kim, K. Jeong, J. Kim, C. Kim, S. Jeong, J. Nanosci. Nanotechnol., 2013, 13, 7498.
[17] L. Wu, Z. Y. Liu, M. H. Qiu, C. G. Yang, L. Xia, X. Liu, Y. H. Sun, React. Kinet. Mech. Catal., 2014, 111, 319.
[18] Q. M. Sun, N. Wang, D. Y. Xi, M. Yang, J. H. Yu, Chem. Commun., 2014, 50, 6502.
[19] H. Hajfarajollah, S. Askari, R. Halladj, React. Kinet. Mech. Catal., 2014, 111, 723.
[20] Q. Y. Qian, J. Ruiz-Martínez, M. Mokhtar, A. M. Asiri, S. A. Al-Thabaiti, S. N. Basahel, B. M. Weckhuyse, ChemCatChem, 2014, 6, 772.
[21] N. Nishiyama, M. Kawaguchi, Y. Hirota, D. Van Vu, Y. Egashira, K. Ueyama, Appl. Catal. A, 2009, 362, 193.
[22] Y. J. Lee, S. C. Baek, K. W. Jun, Appl. Catal. A, 2007, 329, 130.
[23] Q. Y. Qian, J. Ruiz Martínez, M. Mokhtar, A. M. Asiri, S. A. Al-Thabaiti, S. N. Basahel, H. E. Van der Bij, J. Kornatowski, B. M. Weckhuysen, Chem. Eur. J., 2013, 19, 11204.
[24] W. L. Dai, N. Li, L. D. Li, N. J. Guan, M. Hunger, Catal. Commun., 2011, 16, 124.
[25] W. L. Dai, X. Wang, G. J. Wu, L. D. Li, N. J. Guan, M. Hunger, ChemCatChem, 2012, 4, 1428.
[26] G. Y. Liu, P. Tian, Y. Zhang, J. Z. Li, L. Xu, S. H. Meng, Z. M. Liu, Microporous Mesoporous Mater., 2008, 114, 416.
[27] H. O. Pastore, S. Coluccia, L. Marchese, Annu. Rev. Mater. Res., 2005, 35, 351.
[28] G. V. A. Martins, G. Berlier, C. Bisio, S. Coluccia, H. O. Pastore, L. Marchese, J. Phys. Chem. C, 2008, 112, 7193.
[29] E. M. Flanigen, R. L. Patton, S. T. Wilson, Stud. Surf. Sci. Catal., 1988, 37, 13.
[30] R. Vomscheid, M. Briend, M. J. Peltre, P. P. Man, D. Barthomeu, J. Phys. Chem., 1994, 98, 9614.
[31] M. Salmasi, S. Fatemi, A. T. Najafabadi, J. Ind. Eng. Chem., 2011, 17, 755.
[32] G. Sankar, J. K. Wyles, C. R. A. Catlow, Top. Catal., 2003, 24, 1.
[33] R. Alexander, N. Khanh, D. Hong, Petrovietnam, 2014, 6, 34.
[34] D. Fan, P. Tian, X. Su, Y. Y. Yuan, D. H. Wang, C. Wang, M. Yang, L. Y. Wang, S. T. Xu, Z. M. Liu, J. Mater. Chem. A, 2013, 1, 14206.
[35] N. Li, Y. F. Ma, W. B. Kong, N. J. Guan, S. H. Xiang, Microporous Mesoporous Mater., 2008, 115, 356.
[36] S. T. Wilson, Stud. Surf. Sci. Catal., 2001, 137, 229.
[37] A. Meden, N. Novak, V. Kau?i?, Mater. Sci. Forum., 1994, 166-169, 613.
[38] Y. Iwase, K. Motokura, T. Koyama, A. Miyaji, T. Baba, Phys. Chem. Chem. Phys., 2009, 11, 9268.
[39] H. Van Heyden, S. Mintova, T. Bein, Chem. Mater., 2008, 20, 2956.
[40] Y. Ding, N. Li, N. J. Guan, H. G. Wang, H. B. Song, S. H. Xiang, Microporous Mesoporous Mater., 2012, 147, 68.
[41] Y. Ding, N. Li, N. J. Guan, S. H. Xiang, Acta Sci. Natura. Univer. Nankai, 2011, 44, 57.
[42] H. Zhao, PhD Dissertation, Synthesizing SAPO-34 with the Si Distribution in the Framework Controlled, Nankai University, 2014.
[43] D. H. Wang, P. Tian, M. Yang, S. T. Xu, D. Fan, X. Su, Y. Yang, C. Wang, Z. M. Liu, Microporous Mesoporous Mater., 2014, 194, 8.
[44] H. J. Chae, I. J. Park, Y. H. Song, K. E. Jeong, C. U. Kim, C. H. Shin, S. Y. Jeong, J. Nanosci. Nanotechnol., 2010, 10, 195.
[45] T. Álvaro-Muñoz, C. Márquez-Álvarez, E. Sastre, Catal. Today, 2013, 215, 208.
[46] L. P. Ye, F. H. Cao, W. Y. Ying, D. Y. Fang, Q. W. Sun, J. Porous Mater., 2011, 18, 225.
[47] M. Salmasi, S. Fatemi, A. Najafabadi, J. Ind. Eng. Chem., 2011, 17, 755.
[48] F. M. Shalmani, R. Halladj, S. Askari, Powder Technol., 2012, 221, 395.
[49] F. C. Sena, B. F. de Souza, N. C. de Almeida, J. S. Cardoso, L. D. Fernandes, Appl. Catal. A, 2011, 406, 59.
[50] S. Aghamohammadi, M. Haghighi, M. Charghand, Mater. Res. Bull, 2014, 50, 462.
[51] M. Strauss, G. A. V. Martins, G. Berlier, S. Coluccia, L. O. Marchese, H. O. Pastore, Microporous Mesoporous Mater., 2014, 187, 135.
[52] A. H. Zhang, S. L. Sun, Z. J. A. Komon, N. Osterwalder, S. Gadewar, P. Stoimenov, D. J. Auerbach, G. D. Stucky, E. W. McFarland, Phys. Chem. Chem. Phys., 2011, 13, 2550.
[53] A. Buchholz, W. Wang, M. Xu, A. Arnold, M. Hunger, Microporous Mesoporous Mater., 2002, 56, 267.
[54] M. Derewinski, M. J. Peltre, M. Briend, D. Barthomeuf, P. P. Man, J. Chem. Soc., Faraday Trans., 1993, 89, 1823.
[55] M. Zokaie, U. Olsbye, K. P. Lillerud, O. Swang, J. Phys. Chem. C, 2012, 116, 7255.
[56] M. G. O'Brien, A. M. Beale, C. R. A. Catlow, B. M. Weckhuysen, J. Am. Chem. Soc., 2006, 128, 11744.
[57] L. Xu, A. P. Du, Y. X. Wei, Y. L. Wang, Z. X. Yu, Y. L. He, X. Z. Zhang, Z. M. Liu, Microporous Mesoporous Mater., 2008, 115, 332.
[58] A. Izadbakhsh, F. Farhadi, F. Khorasheh, S. Sahebdelfar, M. Asadi, Z. F. Yan, Microporous Mesoporous Mater., 2009, 126, 1.
[59] A. M. Prakash, S. Unnikrirhnan, J. Chem. Soc., Faraday Trans., 1994, 90, 2291.
[60] H. Kessler, J. Patarin, C. Schott-Darie, Stud. Surf. Sci. Catal., 1994, 85, 75.
[61] R. Y. Pei, Z. J. Tian, Y. Wei, K. D. Li, Y. P. Xu, L. Wang, H. J. Ma, Mater. Lett., 2010, 64, 2384.
[62] S. Girard, J. D. Gale, C. Mellot-Draznieks, G. Férey, J. Am. Chem. Soc., 2002, 124, 1040.
[63] C. G. Wang, J. X. Wu, M. C. Hu, N. Li, N. J. Guan, S. H. Xiang, J. Porous Mater., 2012, 19, 751.
[64] J. X. Wu, H. R. Zhao, N. Li, Q. Q. Luo, C. Q. He, N. J. Guan, S. H. Xiang, CrystEngComm, 2012, 14, 8671.