ZSM-5沸石的调控合成与表征

摘要

ZSM-5沸石因具有独特的十元环孔道结构，而具备优良的水热稳定性、择形选择性、固体酸性。ZSM-5沸石孔道较小（＜1nm），在有大分子出现的催化反应中易生成积碳而失活。因此，通过减小沸石的尺寸以缩短物质扩散路径和合成介孔结构扩大沸石孔径来避免ZSM-5沸石积碳失活问题变得异常重要。本文主要研究小粒径ZSM-5沸石合成及具有多级孔道结构的纳米ZSM-5团聚体的合成。 （1）以TPAOH作为模板剂，工业硅溶胶为硅源，硫酸铝为铝源，通过调变合成体系的硅铝比、碱量、晶化方式、晶种加入量以及水量来合成粒径小、结晶度高、均一性好的ZSM-5沸石。结果得出：增加合成液的硅铝比、碱量、两步变温晶化有利于形成均一性好、粒径小的沸石；添加80nm晶种且用量由0.1%增加到1.0%，沸石颗粒由0.7～1.6μm减小到0.5～0.7μm；在H2O/SiO2=20的体系中，沸石颗粒的均一性差，增加H2O/SiO2到30、40，可得到均一的尺寸分别为0.6μm、0.45μm结晶度高的小粒径ZSM-5沸石。 （2）有机模板体系水热合成ZSM-5沸石团聚体及其与转晶之间的转变规律的研究。结果表明：硅铝比由400减小到30、20，沸石由MFI结构的单分散圆形颗粒转变成棒状堆积、纳米棒状堆积的MOR掺杂的椭圆形沸石团聚体。增加碱度，硅铝比为20的沸石由部分胶状转变成纳米棒状堆积、片状堆积； 增加TPAOH用量，硅铝比400的沸石始终为MFI结构，且颗粒逐渐减小；硅铝比20的沸石由纳米棒堆积逐渐变片状堆积，且片状有剥离现象，转变成MOR和ANA型沸石的混合物。 （3）探究分析无模板体系水热合成多级孔道纳米ZSM-5团聚体，考察了晶种大小、晶种加入量、碱量、晶化时间以及添加物等对团聚体的影响。得出：80nm晶种比200nm晶种更易诱导形成团聚体；向合成体系中加入0.1%～10%的200nm晶种，可得到由20～110nm初级颗粒组成的尺寸为0.45μm～2.5μm的ZSM-5团聚体。增加合成液碱度，团聚体尺寸减小而初级颗粒尺寸则先减小后增大。沸石团聚体在晶化12h后完全形成。向体系中添加电解质盐类NaCl、Na2CO3和NH4F，不利于初级颗粒聚集；而向体系中添加介孔模板剂CTAB不利于ZSM-5的结晶。

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摘 要

Abstract

引 言

1 文献综述

1.1 沸石分子筛概述

1.1.1 沸石的结构

1.1.2 沸石的合成方法

1.1.3 沸石的晶化机理

1.1.4 沸石的应用

1.2 ZSM-5沸石概述

1.2.1 ZSM-5沸石结构

1.2.2 ZSM-5沸石的合成

1.3 多级孔ZSM-5沸石合成方法

1.3.1 沸石脱铝法

1.3.2 沸石脱硅法

1.3.3 软模板法

1.3.4 硬模板法

1.3.5 晶种诱导法

1.4 论文选题依据及研究内容

1.4.1 论文选题依据

1.4.2 论文研究内容

2 实验部分

2.1 实验原料及仪器设备

2.1.1 原料与试剂

2.1.2 仪器与设备

2.2 测试及表征方法

2.2.1 X射线多晶粉末衍射（XRD）

2.2.2 扫描电子显微镜（SEM）

2.2.3 N2等温吸附

3 小粒径ZSM-5沸石的调控合成

3.1 引言

3.2 合成方法介绍

3.2.1 Silicalite-1晶种的合成

3.2.2 ZSM-5沸石的制备

3.3 结果与讨论

3.3.1 Silicalite-1晶种表征

3.3.2 碱度对ZSM-5沸石合成影响

3.3.3 硅铝比对ZSM-5沸石合成影响

3.3.4 两步变温晶化对ZSM-5沸石合成影响

3.3.5 晶种加入量对ZSM-5沸石合成影响

3.3.6 水量对ZSM-5沸石合成影响

3.4 本章小结

4 有模板法合成ZSM-5团聚体及其转晶研究

4.1 引言

4.2 合成方法简介

4.3 结果与讨论

4.3.1 硅铝比对ZSM-5团聚体及其转晶的影响

4.3.2 碱量对ZSM-5团聚体及其转晶的影响

4.3.3 模板剂量对ZSM-5团聚体及其转晶的影响

4.4 本章小结

5 无模板体系晶种诱导合成ZSM-5团聚体

5.1 引言

5.2 ZSM-5团聚体的制备

5.3 结果与讨论

5.3.1 晶种大小对ZSM-5团聚体的合成影响

5.3.2 晶种量对ZSM-5团聚体的合成影响

5.3.3 碱量对ZSM-5团聚体的合成影响

5.3.4 ZSM-5团聚体晶化动力学研究

5.3.5 酸处理硅源对ZSM-5团聚体的合成影响

5.3.6 分步添加晶种对ZSM-5团聚体的合成影响

5.3.7 添加物对ZSM-5团聚体的合成影响

5.3.8 CTAB对ZSM-5团聚体的合成影响

5.4 本章小结

结 论

参 考 文 献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢

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