间甲酚/对甲酚在ZSM-5沸石分子筛中的液相吸附

摘要

甲酚是一种重要的化工中间体，有三种同分异构体:对甲酚、间甲酚与邻甲酚。煤焦油天然分离法常得到的是这三种同分异构体的混合物，称为混甲酚。邻甲酚沸点与其它两者沸点相差较大，可以通过传统精馏的方法分离，而对甲酚与间甲酚沸点相近，难以分离。分离对甲酚与间甲酚的方法分为:化学方法与物理化学方法。其中烃化法是化学方法中最常用的一种方法;而物理化学方法中经常用到有:吸附分离法、尿素法络合法、结晶法等。本文采用吸附分离法分离对甲酚与间甲酚。
　　吸附分离法是工业上常用的一种方法，尤其是以沸石分子筛为吸附剂时，由于其特有的规则微孔道结构，显示了良好的选择性分离性能。但以沸石分子筛为吸附剂液相吸附分离甲酚异构体时，由于沸石分子筛孔径较小，吸附质分子难以进入沸石孔道内，降低了沸石的利用效率。本文采用ZSM-5作为吸附剂，通过向ZSM-5合成体系中加入硅烷偶联剂(3-环氧乙基甲氧基丙基)三甲氧基硅烷(GPTMS)，合成出具有良好的传质性能的多级孔结构ZSM-5沸石，显示了良好的间/对甲酚分离性能。并对合成的分子筛进行离子交换改性，进一步提高了对位吸附选择性。具体研究内容如下:
　　1)采取加入硅烷偶联剂(3-环氧乙基甲氧基丙基)三甲氧基硅烷（GPTMS），通过水热合成的方法，在分子筛内引入介孔，合成具有多级孔结构的沸石分子筛ZSM-5。用多级孔结构的ZSM-5对甲酚进行吸附分离，多级孔的引入，提高了甲酚在ZSM-5中的传质速率，并且选择性没有降低。在优化的GPTMS用量下，考察了不同Si/A1的多级孔ZSM-5上的甲酚吸附，发现随着硅铝比的增加，吸附剂的对位选择性明显提高。
　　2)用H+、Li+、K+对硅烷偶联剂用量0.1，硅铝比为400的ZSM-5进行离子交换。经离子交换后，吸附剂对对甲酚的吸附速率没有明显改变，达到吸附平衡的时间与交换前基本相同。而间甲酚的吸附则有较大变化，离子半径较小的H+和Li+交换后，分子筛对间甲酚的平衡吸附量均有明显增加;而离子半径较大的K+交换后，间甲酚的吸附量降低明显，使得分子筛的对位选择性明显提高。并且对不同硅铝的分子筛ZSM-5进行K+交换，发现交换后低硅铝比KZSM-5对甲酚的选择性有了显著提高。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 甲酚的用途

1．1．2 甲酚的生产现状

1．1．3 甲酚的合成技术

1．2 多孔级沸石分子筛ZSM-5

1．2．1 沸石分子筛

1．2．1 ZSM-5分子筛及存在问题

1．2．3 多孔级结构沸石分子筛

1．2．4 硅烷偶联剂

1．3 课题研究内容及论文构思

1．3．1 课题研究意义

1．3．2 课题研究内容

第二章 实验部分

2．1 实验试剂与仪器

2．1．1 实验试剂

2．1．2 实验仪器

2．2 表征方法

2．2．1 X射线粉末衍射(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 热重分析(TG-DTA)

2．2．5 N2吸脱附(N2 Adsorption-desorption)

2．2．6 X射线荧光光谱仪(X Ray Fluorescence)

2．3 多级孔结构沸石的制备

2．4 多级孔结构沸石对甲酚的吸附分离

2．4．1 甲酚单组份的吸附

2．4．2 甲酚的平衡吸附

2．4．2 甲酚的动态吸附

第三章 硅烷偶联剂作用下合成多级孔ZSM-5分子筛对甲酚的吸附

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 不同硅烷偶联剂用量合成ZSM-5

3．2．2 不同硅铝比ZSM-5的合成

3．3 结果与讨论

3．3．1 不同硅烷偶联剂用量ZSM-5对甲酚吸附的影响

3．3．2 不同硅铝比ZSM-5对甲酚吸附的影响

3．4 本章小结

第四章 离子交换改性多级孔ZSM-5分子筛对甲酚的吸附

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 对ZSM-5进行离子交换

4．2．2 离子交换后ZSM-5对甲酚的吸附

4．2．3 不同温度对甲酚吸附分离的影响

4．3 结果与讨论

4．3．1．不同离子交换ZSM-对甲酚的吸附分离

4．3．2 离子交换量对甲酚吸附的影响

4．3．3 温度对甲酚吸附的影响

4．4 本章总结

第五章 全文总结与展望

5．1 全文总结

5．2 课题展望

参考文献

致谢

攻读学位期间取得的研究成果

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