zsm-分子筛合成及应用研究进展【最新资料】.doc

ZSM-5分子筛主要合成及应用
摘要总结分析ZSM-5分子筛主要合成方面的研究,其次介绍ZSM-5分子筛在石油化工-炼油工业中的应用,最后对ZSM-5分子筛的发展进行展望。
关键词:ZSM-5分子筛;合成;应用
Progress in Synthesis and Application of ZSM-5 Zeolite
Abstract:ZSM-5 zeolite is a zeolite molecular sieve, a high selectivity for aromatics in the petrochemical industry ,which has good prospects. This article will summarize the development for the of ZSM-5 zeolite’s synthesis and application and predict its feature.
Keywords:ZSM-5 zeolite; synthesis; application
ZSM-5沸石分子筛是由美国Mobile公司于1972年首先开发出的一种具有独特三维通道结构和可选择酸强度分布的五元环型沸石,该沸石分子筛具有热稳定性高和亲油疏水的特性, nm左右,属于中孔沸石。并且对于芳烃有较好的形状选择性。由于其独特的孔结构不仅为择形催化提供了空间限制作用,而且为反应物和产物提供了丰富的进出通道, 也为制备高选择性、高活性、抗积炭失活性能强的工业催化剂提供了晶体结构基础。由此, 其成为了石油工业中择形反应中最重要的催化材料之一。不仅如此, ZSM-5 分子筛在精细化工和环境保护等领域中也得到了广泛的应用[1],因此,对ZSM-5分子筛对于石油工业有着良好的应用前景,对其的研究有着重要的实用价值。
-5沸石分子筛的特点:
ZSM是Zeolites Socony Mobil的缩写,ZSM-5沸石分子筛则是 20世纪七十年代美国Mobil石油公司开发成功的一系列新型的高硅铝比沸石分子筛中其中的一种。它有着独特的交叉孔道结构,都是10氧环组成,其直筒型孔道呈椭圆形,横向孔道截面近似于圆形,孔口尺寸稍有区别。一组为平行于单胞的a轴,呈“Z”字形具有近似于圆形的开孔,×;另一组平行于单胞的b轴,为直通道,但为椭圆开口,×。ZSM-5晶体属于理想的斜方晶系,其结构参数为a=,b=,c=。
沸石分子筛按其尺寸的大小又可分为纳米沸石分子筛和微米沸石分子筛,它们具有完全相同的孔道结构(如图1-1)。但是微米ZSM -5 分子筛的择形催化技术存在局限性,主要是由于ZSM-5沸石分子筛孔道较长,构型扩散阻力太大,导致内表面的利用率较低,并且微米ZSM-5沸石分子筛抗积碳能力差,使得催化剂本身在反应过程中失活快,单程反应周期短,不利于工业化应用。
图1 ZSM-5分子筛孔道结构示意图
1 ZSM-5分子筛的合成
ZSM-5分子筛的合成方法通常采用水热合成法,随着人们对于ZSM-5分子筛合成的深入研究,涌现了许多新的合成方法,但,水热合成法也越来越完善。
水热法合成ZSM-5分子筛
该方法的基本步骤:是将原料配成一定浓度的甲、乙两种水溶液。甲溶液为水玻璃+导向剂+水;乙溶液为硫酸铝+硫酸+水。在剧烈搅拌下,把乙溶液缓慢加入装有甲溶液的容器中,有时再加入晶种(ZSM-5 晶粉或制备的半晶化物料),继续搅拌直至形成均匀的凝胶。然后将凝胶放置合成釜中,可以将混合物在低温下陈化一定时间再升温。在固定温度下静止晶化或搅拌晶化。晶化完成后,迅速冷却、过滤、洗涤和烘干,即得钠ZSM-5 分子筛原粉[3]。
因水热合成法多需要使用有机导向剂,而成为绿色和可持续的合成方法的一大障碍。近年来,随着研究的深入,传统的水热合成法也有所改进,对合成条件的研究也相应深入。顾文应等[4]利用无模板剂水热法合成ZSM-5沸石。其方法是以硫酸+硫酸铝+水为A溶液,水玻璃+水为B溶液,无导向剂,加料完毕后加入晶种,连续搅拌1-2h得到凝胶。并考察了晶化温度、老化时间、碱度以及晶种量对于合成的影响。
F Pan等[5]使用煅烧煤系高岭石,无有机模板剂条件下,合成含Si、Al的ZSM-5沸石,并考察了诸如球磨时间、H2O/SiO2、NaOH/SiO2的影响。此外还进行了170-190℃下结晶动力学实验,给出了结晶时间6-96h的结晶曲线。所得到的样品进行表征通过粉末X-射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)。结果表明,ZSM-5具有优异的结晶性可以通过无有机模板来获得。此外,机械处理和合成