金属基体上ZSM-5分子筛膜结合强度及化学改性研究

摘要

ZSM-5分子筛是一类性能优异的固体酸催化剂，以ZSM-5分子筛膜为催化活性组分的规整结构催化剂得到了广泛关注。结合强度和催化性能是评价ZSM-5分子筛膜性能的两个重要方面。一方面，分子筛膜与金属载体的性质差异较大，分子筛涂层易脱落，影响分子筛膜的使用寿命;另一方面，由于ZSM-5分子筛的孔道尺寸与分子尺寸相近，因此分子在孔道内扩散较慢，从而影响了催化剂的活性、产物选择性。因此，如何提高膜基结合强度、如何调控ZSM-5分子筛的孔道尺寸，是亟需研究的两个重要课题。
　　针对上述问题，本论文主要开展了两方面的研究:(1)探讨了碱处理对ZSM-5分子筛膜结构与催化性能的影响;(2)考察了基体表面处理对ZSM-5分子筛膜原位生长及结合强度的影响，具体内容如下:
　　(1)采用原位生长法制备了以不锈钢材质为载体的ZSM-5分子筛膜催化剂，使用NaOH溶液对ZSM-5分子筛膜进行碱处理，并对碱处理前后的ZSM-5分子筛膜进行XRD、SEM以及N2吸附等温线等多种表征。结果表明，碱处理的方法对分子筛膜的结构有显著影响:在65℃下在0.2MNaOH溶液中对ZSM-5分子筛膜处理0.5h后，分子筛膜没有产生介孔;而对比ZSM-5分子筛粉末与分子筛膜的碱处理表征结果，发现碱处理后的分子筛粉末出现了介孔。
　　(2)采用原位生长的方式使ZSM-5分子筛膜催化剂负载在不锈钢管内壁得到规整催化剂，经过碱处理（65℃下在0.2MNaOH溶液中处理0.5h）后，用于催化正庚烷和十氢萘的裂解反应。结果表明，碱处理后的ZSM-5分子筛膜催化剂使正庚烷的裂解反应的产气率、产物的选择性以及反应的转化率明显提高，使十氢萘的催化裂解反应的初始裂解湿度明显降低。
　　(3)探究了基体表面处理对ZSM-5分子筛晶体的原位生长和界面结合强度的影响，初步探讨了几种测定膜基结合强度的方法。结果表明基体经高温氧化后具有较高的抗热冲击能力，与未处理基体相比，界面结合强度降低;基体经盐酸或硝酸处理后，分子筛膜与基体之间的结合强度增大。热冲击法可定性评价分子筛膜与基体之间的结合强度;压入法可用来测量分子筛膜的力学特性;拉伸法是评价膜基界面结合强度最直观的方法之一，但缺点是合适的粘合胶不易获得。

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摘要

图目录

表目录

第一章 ZSM-5分子筛膜的研究进展

1．1 引言

1．2 ZSM-5分子筛膜的合成方法

1．2．1 原位水热合成法

1．2．2 二次生长法

1．3 多级孔分子筛

1．3．1 碱处理法

1．3．2 硬模板法

1．4 分子筛膜的表征

1．4．1 X-射线衍射法(XRD)

1．4．2 扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)

1．4．3 化学组成分析

1．4．4 热重分析(DSC-TG)

1．4．5 程序升温技术(TPD)

1．4．6 红外光谱法

1．4．7 比表面积和孔结构的表征

1．4．8 薄膜力学特性的表征

1．5 ZSM-5分子筛膜的应用

1．5．1 在催化方面的应用

1．5．2 在分离方面的应用

1．5．3 在光电领域的应用

1．6 本论文的研究思路和主要内容

参考文献

第二章 碱处理对ZSM-5分子筛膜的结构的影响

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 试剂与材料

2．2．2 ZSM-5分子筛晶体的原位生长

2．2．3 ZSM-5分子筛的碱处理

2．2．4 XRD和SEM表征

2．2．5 低温氮气吸附-脱附试验

2．3 结果与讨论

2．3．1 ZSM-5分子筛膜的XRD表征

2．3．2 碱处理对ZSM-5分子筛膜形貌的影响

2．3．3 碱处理对ZSM-5分子筛膜孔结构的影响

2．3．4 ZSM-5分子筛粉末的碱处理结果

2．4 本章小结

参考文献

第三章 碱处理对ZSM-5分子筛膜的催化性能的影响

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 试剂与材料

3．2．2 ZSM-5分子筛晶体的原位生长

3．2．3 ZSM-5分子筛的碱处理

3．2．4 催化性能评价

3．3 结果与讨论

3．3．1 碱处理对ZSM-5分子筛膜催化正庚烷裂解的影响

3．3．2 碱处理对ZSM-5分子筛膜催化十氢萘裂解的影响

3．4 本章小结

参考文献

第四章 金属基体表面处理对ZSM-5分子筛膜原位生长及其结合强度的影响

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 试剂与材料

4．2．2 基体表面处理

4．2．3 ZSM-5分子筛膜的原位生长

4．2．4 热冲击试验

4．2．5 纳米压入法测量分子筛膜的力学特性

4．2．6 拉伸法测量膜基界面结合强度

4．3 结果与讨论

4．3．1 基体表面处理对ZSM-5分子筛膜原位生长的影响

4．3．2 热冲击试验

4．3．3 压入试验

4．3．4 拉伸试验

4．4 本章小结

参考文献

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

作者简历及在学期间所取得的科研成果