多级孔ZSM-5分子筛的制备及在甲醇转化中的应用

摘要

ZSM-5分子筛由于其具有较高的催化活性和水热稳定性，因此在石油冶炼和石油化学中有着广泛的应用。然而其小的孔径导致其扩散速率较慢，限制了其在甲醇转化等催化反应中的应用。迄今为止，科研工作者在这方面做出了很大的努力，他们希望在这类微孔分子筛中引入介孔，从而提高分子筛的催化性能。在本论文中，分别以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)，聚二甲基二烯丙基氯化铵和阳离子型聚丙烯酰胺共聚物(PDD-AM)以及海藻酸钠(C6H7NaO6)n为介孔模板剂，采用固相转移法合成了一系列的多级孔ZSM-5分子筛。
　　 首先，以阳离子型表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵为模板剂合成多级孔ZSM-5分子筛。由于该物质具有亲水性，因此能够很好的扩散到微孔前驱液中，并能和带负电的硅物种产生很强的静电作用。在本实验中还考察了不同PH值，不同溶剂，不同微孔模板剂用量和不同介孔模板剂用量对合成结果的影响，从而探索得到最佳合成条件。所有的样品均用XRD，TEM，SEM和N2吸附进行表征。结果表明当SiO2∶Al2O3∶TPAOH∶NaOH∶H2O=60∶1∶6∶6∶660时，且SiO2∶CTAB=1∶0.055时，所制备的样品具有微孔和有序的堆积介孔。
　　 同样采用聚二甲基二烯丙基氯化铵和阳离子型聚丙烯酰胺共聚物(PDD-AM)为模板剂合成多级孔ZSM-5分子筛。在本实验中，考察了不同晶种量，不同微孔模板剂用量和介孔模板剂类型对实验的影响，从而探索得到最佳合成条件。所有的样品均用XRD，TEM，SEM和N2吸附进行表征。实验结果中我们发现当SiO2与ZSM-5晶种的质量比为20∶1时，SiO2∶TPAOH=10∶1，以共聚物为模板时，所得实验结果较好。
　　 此外，还选取了海藻酸钠为模板剂，相比其它的模板剂，其具有更低廉的价格。在本实验中，考察了不同合成方法，和不同介孔模板剂用量对合成结果的影响。当SiO2∶Al2O3∶TPAOH∶NaOH∶H2O=60∶1∶6∶6∶660，海藻酸钠的用量约为每100mL反应母液需模板剂2g时，合成的样品结晶度较高且比表面积和孔体积较大(945m2/g，0.643cm3/g)。
　　 将所合成的多级孔ZSM-5分子筛用于甲醇转化反应中，测试其催化性能。其结果表明，改性后的ZSM-5分子筛拥有更长的寿命(相比常规分子筛28h)，其中以海藻酸钠、共聚物、CTAB为模板合成样品的寿命分别为68h、32h、44h，这说明介孔的引入使物质在孔道内的扩散阻力减小，有利于孔道内的物质扩散出来，减少了积碳，从而使催化剂的寿命延长。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

第一节 微孔分子筛中介孔的引入

第二节 硬模板法

1．2．1 以碳纳米管，碳纳米粒子和碳纳米纤维为模板剂合成多级孔分子筛

1．2．2 以介孔碳为模板剂合成多级孔分子筛

1．2．3 以凝胶、聚合物和树脂为模板剂合成多级孔分子筛

1．2．4 以生化试剂为模板剂合成多级孔分子筛

第三节 超分子模板剂

1．3．1 以超分子为模板剂直接导向晶化法制备多级孔分子筛

1．3．2 由表面活性剂导向的晶种自组装成介孔结构

1．3．3 以表面活性剂为模板剂合成介孔材料包裹在在分子筛表面合成多级孔材料

1．3．4 具有层状介孔结构的分子筛

1．3．5 使用微胶束和可逆的胶束制备纳米级分子筛晶体

第四节 间接模板法

1．4．1 二次晶化预成型的介孔材料

1．4．2 将分子筛晶种沉积到起模板作用的介孔材料上

1．4．3 硅藻土晶化合成多级孔材料

第五节 无模板法制备多级孔分子筛材料

第六节 论文选题与研究意义

第二章 实验部分

第一节 试剂及实验装置

2．1．1 试剂及规格

2．1．2 实验仪器及装置

第二节 多级孔ZSM-5分子筛的合成

2．2．1 以十六烷基三甲基溴化铵为介孔模板剂合成多级孔ZSM-5分子筛

2．2．2 以聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDADMAC)和阳离子型聚丙烯酰胺共聚物为介孔模板剂合成多级孔ZSM-5分子筛

2．2．3 以海藻酸钠为介孔模板剂合成多级孔ZSM-5分子筛

第三节 多级孔ZSM-5分子筛的表征

2．3．1 X-射线粉末衍射(XRD)

2．3．2 透射电镜(TEM)

2．3．3 扫描电镜(SEM)

2．3．4 微孔全分析(BET)

2．3．5 程序升温脱附(NH3-TPD)

2．3．6 甲醇转化反应

第三章 多级孔ZSM-5分子筛的制备及在甲醇转化中的应用

第一节 引言

第二节 多级孔ZSM-5分子筛的合成与表征

3．2．1 CTAB为模板的多级孔ZSM-5分子筛的合成与表征

3．2．2 共聚物为模板剂的多级孔ZSM-5分子筛的合成

3．2．3 海藻酸钠为模板剂的多级孔ZSM-5分子筛的合成

第三节 多级孔ZSM-5分子筛在甲醇转化反应中的催化性能

第四节 全文总结

参考文献

致谢

个人简历