晶种法水热合成ZSM-5分子筛

摘要

ZSM-5 分子筛粒径尺寸越小，其比表面积、酸位点分布会升高，并且孔道会变得更短，因此在催化裂化应用中比大晶粒分子筛有着更好的反应结果，受到更广泛的应用与关注。但是由于小晶粒 ZSM-5 分子筛在合成过程中需要使用模板剂，这增加了生产成本；并且绿色工业逐渐被重视，模板剂合成的 ZSM-5 分子筛在脱模过程中很容易产生废水废气，因此绿色的小晶粒 ZSM-5 分子筛合成逐渐被重视?某催化剂厂在生成ZSM-5分子筛时使用双硅源，在生成过程中成本过高，因此使用单一硅源并且优化工艺成为急需解决的问题。通过使用工业水玻璃作为单一硅源，硫酸铝作为铝源，采用新型晶种，通过机械方法处理硅铝酸盐凝胶，将传统水热法工艺优化，以更低的能耗及原料成本，得到较小尺寸的分子筛，运用晶种水热法合成ZSM-5分子筛，通过XRD?SEM?XRF?BET?NH3-TPD?Py-IR、粒度等表征手段，找出最适用于合成ZSM-5分子筛的合成条件，旨在降低ZSM-5分子筛的原料成本及能耗? 对比了不同晶种对ZSM-5分子筛合成的影响，结果表明不同晶种对ZSM-5分子筛晶化时间及晶粒尺寸有一定影响。讨论了硅铝酸盐凝胶对 ZSM-5 分子筛合成的影响，发现预热温度与加热时间对结晶度有主要影响，搅拌速度对分子筛的晶形影响较大?对比某传统双硅源晶种法工业化的相同硅铝比ZSM-5分子筛，经过XRD?SEM?XRF?BET、NH3-TPD?Py-IR等表征及微型反应装置与ACE催化性能评价，比较两种方法的合成成本? 使用不同晶种，发现使用某纳米 S 型晶种时，分子筛粒径尺寸较小；对比传统晶种水热法合成 ZSM-5 分子筛，将硅铝酸盐凝胶经过胶体磨和剪切机处理后，发现晶粒尺寸有明显的降低；比较硅铝酸盐凝胶温度对分子筛合成影响发现，在先相同晶化时间下，分子筛结晶度随着搅拌温度的升高先升高后降低，最宜温度为80℃；分子筛结晶度随着搅拌时间的延长先升高后降低，12h为最佳时间，并且搅拌时间对分子筛粒度影响不明显；分子筛结晶度随着搅拌速度升高而升高，当速度高于1200rad/min后效果不明显，通过电镜图发现，高速搅拌有利于小晶粒分子筛形成，能缓解团聚现象? 随着投料硅铝比的提高，ZSM-5 分子筛的合成难度明显加大，过高和过低都不利于ZSM-5分子筛的合成，投料硅铝比50为佳；水硅比直接影响ZSM-5分子筛的形貌及晶形。水硅比25时，晶形为传统的六方柱状，晶粒大小为3μm左右；水硅比30时，出现了少量球状及极少量片状晶形；水硅比35时，出现大量球状及片状晶形；Na2O/SiO2的摩尔比决定了合成类型， Na2O/SiO2在0.10~0.14之间时合成结果为ZSM-5分子筛；Na2O/SiO2摩尔比0.12为宜；晶种投放量对ZSM-5分子筛成核速率有一定影响，随着晶种量的增加，比表面积先升高后降低，从实验结果得出最佳晶种投放量为 3%；晶化时间决定ZSM-5分子筛结晶度。当晶化时间超过6h时，分子筛晶体出现转晶，结晶度逐渐下降，6h为最佳晶化时间；晶化温度过高和过低都会对ZSM-5分子筛晶化产生影响，最佳晶化温度为185℃。 相比于传统使用ZSM-5分子筛作为晶种，采用新晶种之后，晶化时间由原来 12h以上缩短为6h。 对比某工业化的相同硅铝比ZSM-5分子筛，经过XRD?SEM?XRF?BET?NH3-TPD、Py-IR表征，优化后的 ZSM-5分子筛具有更高的结晶度?标准的晶形?更小的晶粒?较大的表面积?更强的B酸与L酸量；对比微型反应器评价结果与ACE反应结果得出，优化工艺后的ZSM-5分子筛具有更高的活性，并且焦炭产率更低?对比生产原料成本，采用新型晶种优化工艺后的ZSM-5分子筛的成本更低?

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附表索引

第一章 绪论

1.1 沸石及ZSM-5分子筛概述

1.2 不同类型ZSM-5分子筛合成方法概述

1.3 ZSM-5分子筛应用

1.4 催化裂化反应原理

1.5本课题研究意义及主要内容

第二章 实验部分

2.1 实验原料

2.2 实验仪器

2.3 ZSM-5分子筛制备过程

2.4 分子筛表征

2.5 分子筛评价

第三章 ZSM-5分子筛合成

3.1 不同晶种合成ZSM-5分子筛

3.2 硅铝酸盐凝胶

3.3 原料配比及晶化过程

3.4 小结

第四章 优化工艺ZSM-5分子筛与商品ZSM-5分子筛性能对比

4.1 分子筛表征

4.2 分子筛评价

4.3 成本对比

4.4 小结

结论

参考文献

致谢

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