晶种法在Beta和ZSM-5分子筛上的研究

摘要

如今能源和环境问题一直是个持久不衰话题，创新出一种能够高效、便捷、绿色、廉价地制备分子筛并有应用工业生产的潜力的方法具有前所未有的意义。近些年来Xiao课题组着力于以固相体系合成各类分子筛，由于固相体系有着单釜产量高、对反应器要求低等优点，给了本人以很大的启发，本课题在前人的基础上，采用固相合成体系，抛弃传统工艺使用的模板剂，利用添加分子筛产品作为晶种，诱导晶化生成特定的分子筛，此合成路线命名为固相晶种法。
　　本课题的原料选择与传统水热合成法几乎一致，不添加任何模板剂，且原料均无毒无害，但其独特的配比和反应条件可以高效、环保、廉价地合成分子筛，该制备方法具有诸多优点:(Ⅰ)前驱体制备仅需微量水，大幅减少传统工艺中作为溶剂的水的使用量;(Ⅱ)大大降低了反应容器内部溶剂压，降低了制备风险和设备费用;(Ⅲ)提高了单个釜的容积利用率，不浪费设备使用空间;(Ⅳ)不添加任何模板剂，且产品的收率很高，环保的同时降低了生产成本。
　　该法得到的ZSM-5分子筛样品（简称ZSM-5-S）经过XRD、BET、TPD等表征发现各个参数与现工业级ZSM-5产品相比均有一定优势;在晶化时间上就比传统方法有了较大缩短。在ZSM-5的固相晶种合成条件中，不光所需水量有了大幅降低，而且Na+作为矿化剂的加入量也非常少，比传统方法相比NaOH减少了50％以上，在环保地同时极大地减轻了后期脱钠工作量。对其生长过程进行了系统的研究，通过对不同晶化时间段的取样，结合表征得出固相晶种合成条件下分子筛的生长过程为固体原料间的自发分散并反应的过程。
　　经研究拓展，此方法又成功应用于在Beta分子筛绿色合成探索。对于固相晶种法合成Beta分子筛来讲，低温对晶化反应准备过程有利，高温晶化由于碱量太高极易转晶;前驱体内水含量对分子筛的晶化影响很大;对固相晶种法合成Beta来说碱度低了晶化不能进行，但太高的碱量易导致杂晶的生成;使用凝胶法在前驱体的制备过程中加入了蒸发过程，可以在不影响结晶度的前提下，大大缩短晶化时间，这是因为对前驱体的蒸发预处理过程可以使Al原子在晶化前就进入骨架中，为高温晶化的进行做了充分的准备。
　　众所周知，探索分子筛生长机理，以及对机理的理解对分子筛的合成工作有着非常关键的指导意义;实践证明，新的分子筛合成方法的开发不能离开对其晶体生长机理的研究。课题对机理的探讨得到了固相晶种法合成分子筛的一些反应规律，对于以后此法的扩展和工业级别应用能够起到一定的参考作用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 前言

1．2 Beta分子筛简介

1．2．1 Beta分子筛的结构

1．2．2 Beta分子筛的应用

1．3 ZSM-5分子筛简介

1．3．1 ZSM-5分子筛的结构

1．3．2 ZSM-5分子筛的应用

1．4 分子筛的合成方法

1．4．1 液相合成法

1．4．2 气相干胶法

1．4．3 固相合成法

1．5 无模板法应用进展

1．6 分子筛合成机理

1．7 硅铝分子筛合成的影响参数

1．8 课题的提出、研究内容及研究意义

1．8．1 课题的提出

1．8．2 研究内容

1．8．3 研究意义

第二章 实验部分

2．1 实验药品

2．2 实验仪器

2．3 实验方法

2．3．1 实验原料的准备

2．3．2 前驱体的制备

2．3．3 分子筛的晶化

2．4 产物表征

2．4．1 X射线衍射仪(XRD)

2．4．2 热重分析

2．4．3 电镜分析

2．4．4 固体核磁

2．4．5 傅里叶红外光谱(FT-IR)

2．4．6 BET比表面仪

第三章 固相晶种法合成ZSM-5分子筛

3．1 固相晶种法制备的ZSM-5分子筛表征参数

3．2 晶化时间的影响

3．3 硅铝比的影响

3．4 晶种量的影响

3．5 水硅比的影响

3．6 钠硅比的影响

3．7 合成原料的影响

3．8 前驱体制备方法的影响

3．8．1 凝胶ZSM-5晶化时间影响

3．8．2 凝胶ZSM-5原料的影响

3．8 晶化机理分析

3．9 本章小结

第四章 固相晶种法合成Beta分子筛

4．1 固相晶种法制备的Beta分子筛表征参数

4．2 晶化时间的影响

4．3 水硅比的影响

4．4 钠硅比的影响

4．5 前驱体制备方法的影响

4．5．1 反应时间影响

4．5．2 蒸发温度影响

4．5．3 前驱体含水量影响

4．6 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

作者及导师介绍