小晶粒ZSM-5分子筛的调控合成

摘要

ZSM-5分子筛因其独特的孔道结构、良好的水热稳定性、相对较强的酸度和出众的择形催化性能，已被广泛应用于催化、吸附等化学领域。然而，在处理尺寸较大的分子的时候，ZSM-5分子筛的狭小孔道则恰恰造成了传质阻碍，严重限制了反应物和产物分子的扩散，而且容易产生积碳和寿命短等问题。经过研究与探索，目前主要的解决办法是减小晶粒。小晶粒ZSM-5分子筛具有外表面积和表面能大、孔道短、表面酸强度高等优点，从而有较高的催化活性和产物选择性、较强的抗积炭和中毒能力。
　　本论文对小晶粒ZSM-5分子筛的合成进行了系统的研究，致力于合成出单分散小晶粒ZSM-5分子筛，并探究各合成条件对合成过程和晶粒尺寸的影响。主要研究内容如下:
　　(1)首先对ZSM-5分子筛合成原料和配比进行筛选考察，确定最佳的合成单分散小晶粒ZSM-5分子筛的原料和初步配料比，然后以此为基础采用水热合成法，考察优化了影响单分散小晶粒ZSM-5分子筛形成的条件。结果表明:硅源、铝源对晶粒形貌及粒径分布具有显著的影响，以正硅酸乙酯为硅源、偏铝酸钠为铝源较易合成出小晶粒分子筛;提高模板剂用量、降低晶化温度、减少水量、延长陈化时间均可以在一定程度上减小粒径尺寸;硅铝比较低不利于合成单分散小晶粒ZSM-5分子筛。
　　(2)采用先低温-再高温的分段晶化法策略，快速合成（几小时内）单分散小晶粒ZSM-5分子筛，并优化研究了影响快速形成单分散小晶粒ZSM-5分子筛的条件。结果表明:晶化时间最短可以缩短到2h，产物的粒径在200～340nm之间。分子筛的晶粒尺寸受硅铝比、预晶化温度和时间影响较大，模板剂用量增多、预晶化温度较低、预晶化时间较短可以在较短时间内得到粒径较小的ZSM-5分子筛;然而晶化生长温度和时间、硅铝比对晶粒尺寸影响不大。
　　(3)采用合成原料液微结构形成的策略，在无需二次碱液处理或额外添加表面活性剂等条件下，水热体系一步快速合成了具有单晶空壳型小晶粒ZSM-5分子筛，并优化研究了影响快速形成单分散空壳型小晶粒ZSM-5分子筛的条件和形成机制。结果表明:晶化温度较低时，产物ZSM-5分子筛是随着晶化时间的延长，逐渐由实心结构转变为空心结构;晶化温度较高时，最初形成的产物ZSM-5就已经具有空壳结构，随着晶化时间的延长，空壳结构逐渐破损。提高模板剂用量和硅铝比、升高晶化温度、延长晶化时间有利于空壳结构的形成。

目录

声明

摘要

引言

1 文献综述

1．1 沸石分子筛的研究现状

1．1．1 沸石分子筛的发展

1．1．2 沸石分子筛的合成方法

1．1．3 沸石分子筛的晶化机理

1．1．4 沸石分子筛的表征方法

1．2 ZSM-5分子筛概述

1．2．1 ZSM-5分子筛的结构

1．2．2 ZSM-5分子筛的特点

1．2．3 小晶粒ZSM-5分子筛的合成方法

1．3 小晶粒ZSM-5分子筛合成的影响因素

1．3．1 反应物组成的影响

1．3．2 导向剂或晶种的影响

1．3．3 碱度的影响

1．3．4 合成工艺条件的影响

1．4 小晶粒ZSM-5分子筛特性和应用

1．4．1 小晶粒ZSM-5分子筛的特性

1．4．2 小晶粒ZSM-5分子筛的应用

1．5 空壳型ZSM-5分子筛的合成

1．6 选题的依据和研究内容

1．6．1 选题依据

1．6．2 本论文研究思路和主要研究内容

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 分子筛的表征方法

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 透射电子显微镜(TEM)

2．2．4 红外光谱

3 小晶粒ZSM-5分子筛的合成与条件考察

3．1 引言

3．2 小晶粒ZSM-5分子筛的制备方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 硅源对小晶粒ZSM-5分子筛合成的影响

3．3．2 铝源对小晶粒ZSM-5分子筛合成的影响

3．3．3 加料顺序对小晶粒ZSM-5分子筛合成的影响

3．3．4 模板剂用量对小晶粒ZSM-5分子筛合成的影响

3．3．5 硅铝比对小晶粒ZSM-5分子筛合成的影响

3．3．6 水量对小晶粒ZSM-5分子筛合成的影响

3．3．7 晶化时间对小晶粒ZSM-5分子筛合成的影响

3．3．8 晶化温度对小晶粒ZSM-5分子筛合成的影响

3．3．9 陈化时间对小晶粒ZSM-5分子筛合成的影响

3．4 本章小结

4 分段晶化法快速合成小晶粒ZSM-5分子筛及条件优化考察

4．1 引言

4．2 小晶粒ZSM-5分子筛的快速合成

4．3 结果与讨论

4．3．1 ZSM-5分子筛的不同晶化合成法对比

4．3．2 预晶化温度和时间对快速合成小晶粒ZSM-5分子筛的影响

4．3．3 晶化生长温度和时间对快速合成小晶粒ZSM-5分子筛的影响

4．3．4 模板剂用量对快速合成小晶粒ZSM-5分子筛的影响

4．3．5 硅铝比对快速合成小晶粒ZSM-5分子筛的影响

4．4 本章小结

5 空壳型小晶粒ZSM-5分子筛的合成与条件考察

5．1 引言

5．2 空壳型小晶粒ZSM-5分子筛的合成方法

5．3 结果与讨论

5．3．1 模板剂用量对空壳型小晶粒ZSM-5分子筛合成的影响

5．3．2 晶化时间对空壳型小晶粒ZSM-5分子筛合成的影响

5．3．3 晶化温度对空壳型小晶粒ZSM-5分子筛合成的影响

5．3．4 硅铝比对空壳型小晶粒ZSM-5分子筛合成的影响

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