纳米片层结构ZSM-5分子筛的合成表征以及催化应用

摘要

分子筛被广泛地用作催化剂，是因为其具有如下优点:(1)比表面积大;(2)水热稳定性高;(3)微孔丰富均一。传统的微孔分子筛有其自身的局限性:由于孔径小，大直径分子进入孔道困难，同时在孔道内形成的大分子不能快速逸出，常导致副反应发生，从而限制了其应用范围。近年来，发展制备具有纳米片层结构的多级孔分子筛成为研究热点。该方法是利用双头季铵盐表面活性剂，它既可以引导微孔形成，又可以利用长的碳链基团限制沸石晶体的生长，是形成纳米片层结构的关键。但是，合成上述双头季铵盐表面活性剂所需合成原料昂贵，制备过程复杂，因而限制了其工业应用价值。为此，发展以价廉易得的季铵盐表面活性剂制备纳米片层结构MFI型分子筛催化剂的新方法，是该发展方向亟待解决的关键问题。
　　本研究工作以有机季铵盐为微孔模板剂，长链阳离子表面活性剂为结构导向剂，合成液摩尔配比为:40SiO2∶xAl2O3∶15TPA∶25KOH:3000H2O∶ySDA，通过控制变量，选择出最优合成条件。在175℃下水热晶化，制得平均厚度约10nm的纳米片层结构ZSM-5分子筛催化剂。对纳米片层结构ZSM-5分子筛作了系统分析和表征，并考察了其在甲醇制烯烃(MTO)和甲苯甲醇择形烷基化(TAM)反应中的催化性能。
　　首先，系统研究了:(1) Silicalite-1分子筛晶种;(2)晶化时间;(3)硅铝比;(4)有机季铵盐种类;(5)合成液pH值;(6)长链阳离子表面活性剂种类及添加量，对纳米片层结构ZSM-5分子筛片层结构以及聚集方式的影响规律。得到变量可控的不同形貌的ZSM-5分子筛，筛选出最佳配比和合成路线。合成的纳米片层结构ZSM-5分子筛是由平均厚度约10nm的有序片层堆积而成，其比表面积为236m2/g。
　　其次，详细考察了不同形貌的ZSM-5分子筛在MTO反应中的催化性能。纳米片层结构ZSM-5分子筛的低碳烯烃选择性优于纳米片层ZSM-5分子筛微球，其产物中乙烯、丙烯及低碳烯烃的选择性分别为25％、31％和66％。进而考察了纳米片层结构ZSM-5分子筛的TAM催化性能，表现出较好的催化活性。
　　最后，通过在纳米片层球形ZSM-5分子筛合成体系中添加硬模板剂，增加其晶内介孔，试图获得具有片层结构的多级孔ZSM-5分子筛。另一方面，通过在纳米片层结构ZSM-5分子筛合成体系中加入Fe3O4纳米微球，得到具有一定磁性的纳米片层结构ZSM-5分子筛，使其在一些特殊应用中易于分离。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 沸石分子筛概述

1．2 多级孔分子筛概述

1．3 纳米片层分子筛概述

1．4 甲醇制烯烃反应(MTO)的研究进展

1．5 甲苯甲醇择形烷基化反应的研究进展

1．6 选题依据与研究内容

第二章 实验部分

2．1 主要试剂和原料

2．2 表征方法和测试手段

2．3 甲醇制烯烃催化性能评价

2．4 甲苯甲醇烷基化催化性能评价

第三章 纳米片层结构ZSM-5分子筛合成路线及其优化

3．1 引言

3．2 纳米片层结构ZSM-5分子筛的合成

3．3 纳米片层结构ZSM-5分子筛合成路线的优化

3．4 小结

第四章 纳米片层结构ZSM-5分子筛催化性能研究

4．1 引言

4．2 ZSM-5分子筛微球的MTO催化活性

4．3 纳米片层结构ZSM-5分子筛的催化活性

4．4 小结

第五章 纳米片层结构ZSM-5分子筛形貌及功能的改进

5．1 引言

5．2 硬模板法合成ZSM-5分子筛微球

5．3 磁性纳米片层结构ZSM-5分子筛的合成

5．4 小结

第六章 结论

参考文献

致谢

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