ZSM-5分子篩具有獨(dú)特的三維孔道結(jié)構(gòu),能夠?yàn)榇呋磻?yīng)提供豐富的通道,有利于反應(yīng)物和產(chǎn)物的及時(shí)擴(kuò)散,同時(shí)ZSM-5分子篩的活性強(qiáng)、熱穩(wěn)定性好,因此其在化工領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。目前ZSM-5分子篩大多采用有機(jī)胺模板體系合成,但此類方法會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染和能源消耗,同時(shí)會(huì)提高生產(chǎn)成本。因此,無模板法合成ZSM-5分子篩近年來受到了廣泛的關(guān)注。本論文在無模板體系下采用三種方法制備ZSM-5分子篩。首先采用一段晶化的方法探索得到合成ZSM-5分子篩合適的投料配比,考察了硅鋁比對(duì)ZSM-5形貌的影響,成功制備得到納米ZSM-5分子篩。然后分別采用變溫兩段晶化法和晶種法合成ZSM-5分子篩,通過XRD、SEM、TEM和Py-IR等手段對(duì)分子篩的結(jié)構(gòu)、形貌以及酸性進(jìn)行表征,探究不同晶化工藝對(duì)ZSM-5分子篩表觀形貌、晶體結(jié)構(gòu)以及酸性的影響。結(jié)論如下:1)在無模板體系中,通過調(diào)節(jié)合成溶膠的堿度、水含量及硅鋁比,在摩爾組成12Na_2O:(70~140)SiO_2:2Al_2O_3:2500H_2O的條件下,室溫動(dòng)態(tài)老化24h后180℃一段晶化24~48h,成功制得了系列ZSM-5分子篩,考察了硅鋁比(SiO_2/Al_2O_3)對(duì)ZSM-5分子篩結(jié)構(gòu)、形貌和酸性的影響。結(jié)果表明,偏鋁酸鈉作鋁源時(shí),在SiO_2/Al_2O_3=60和70時(shí)可制得100nm左右的ZSM-5納米晶;當(dāng)SiO_2/Al_2O_3=40和50時(shí),可制得尺寸均勻、約20μm×10μm的ZSM-5蛹狀大單晶,表面呈層狀粗糙結(jié)構(gòu),與SiO_2/Al_2O_3=38的商業(yè)ZSM-5分子篩(約2.5μm×1.5μm的六棱柱狀晶體)相比,尺寸較大,B、L酸量增加,B/L比值降低,這表明在較低硅鋁比情況下,無有機(jī)模板參與晶化作用,比較容易合成酸量較大、B/L比值較小的大單晶。擬薄水鋁石作鋁源時(shí),在SiO_2/Al_2O_3=35、40和50時(shí)得到的ZSM-5分子篩晶化不完全,其中包括約10μm×8μm的六棱柱狀大單晶和未晶化完全的菜花狀結(jié)構(gòu);當(dāng)SiO_2/Al_2O_3=60時(shí),可制得50nm左右的均勻的ZSM-5球形晶體,與相同硅鋁比條件下偏鋁酸鈉做鋁源合成的ZSM-5相比,尺寸減小,B酸量增加,L酸量減小,B/L比值增加,這表明擬薄水鋁石做鋁源活性較高,在低硅鋁比情況下不易控制晶體的生長(zhǎng),但高硅鋁比情況下較容易制得尺寸較小且B/L比值較高的納米晶。2)在無模板體系中運(yùn)用變溫兩段晶化法制備得到了ZSM-5分子篩,投料配比為12Na_2O:(80、140、200)SiO_2:2Al_2O_3:2500H_2O。偏鋁酸鈉作鋁源時(shí),SiO_2/Al_2O_3=100無法制得ZSM-5分子篩;SiO_2/Al_2O_3=70對(duì)應(yīng)的最優(yōu)晶化工藝為220℃預(yù)晶化5h后180℃二次晶化48h,ZSM-5單晶呈六棱柱狀結(jié)構(gòu),晶粒大小約為10μm×5μm,但部分未晶化完全;SiO_2/Al_2O_3=40對(duì)應(yīng)的最優(yōu)晶化工藝為220℃預(yù)晶化4h后180℃二次晶化40h,ZSM-5單晶呈類蛹狀結(jié)構(gòu),晶粒大小約為15μm×8μm,與一段晶化法相比,粒徑相近且晶化更完全,與SiO_2/Al_2O_3=38的商業(yè)ZSM-5分子篩相比,總酸量增加,B/L比值降低,這與一段晶化法的結(jié)果相同。擬薄水鋁石作鋁源時(shí),SiO_2/Al_2O_3=70和100未能合成ZSM-5分子篩;SiO_2/Al_2O_3=40對(duì)應(yīng)的最優(yōu)晶化工藝為200℃預(yù)晶化4h后180℃二次晶化24h,ZSM-5單晶呈現(xiàn)扁平狀六棱柱形貌,大小約為5μm×3μm,與一段晶化法相比,晶粒尺寸減小但晶化完全性并未得到提高。同時(shí),變溫兩段晶化法在一定程度上縮短了無模板法ZSM-5分子篩的晶化周期。3)在無模板體系中,運(yùn)用晶種法,在偏鋁酸鈉作鋁源、摩爾比12Na_2O:(80、140、200)SiO_2:2Al_2O_3:2500H_2O及180℃晶化的條件下,成功制得了ZSM-5分子篩,并考察了硅鋁比(SiO_2/Al_2O_3)對(duì)ZSM-5分子篩的結(jié)構(gòu)、形貌和酸性的影響。SiO_2/Al_2O_3=100時(shí)ZSM-5結(jié)晶度偏低,晶粒大多未晶化完全;SiO_2/Al_2O_3=70時(shí)合成了大小約為8μm×3μm的六棱柱狀ZSM-5晶粒,且表面附著有長(zhǎng)條狀的絲光晶體;SiO_2/Al_2O_3=40時(shí)ZSM-5顆粒呈形貌統(tǒng)一的蛹狀結(jié)構(gòu),大小約為5μm?3μm,與SiO_2/Al_2O_3=38的商業(yè)ZSM-5分子篩(約2.5μm×1.5μm的六棱柱狀晶體)相比,尺寸較大,B、L酸量均大幅增加,B/L比值大幅降低,強(qiáng)酸百分含量基本相同。綜上,晶種法大幅縮短了無模板ZSM-5分子篩的合成周期,提高了產(chǎn)物結(jié)晶度,同時(shí)為無模板體系中合成高硅鋁比ZSM-5分子篩提供了可能。
【學(xué)位單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TQ424.25
【部分圖文】：

圖 1-1 MFI 分子篩拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖Fig. 1-1 Topology of MFI molecular sieve1.2.2 ZSM-5 分子篩的應(yīng)用1.2.2.1 ZSM-5 分子篩在煉油化工領(lǐng)域的應(yīng)用

圖 1-2 蒸氣輔助合成 ZSM-5 分子篩示意圖ig. 1-2 Schematic diagram of steam-assisted synthesis of ZSM-5 molecular sie5 分子篩的水熱合成系中 ZSM-5 分子篩的晶化機(jī)理及晶化動(dòng)力學(xué)

圖 1-3 水熱體系中 ZSM-5 分子篩的晶化動(dòng)力學(xué)曲線Fig. 1-3 The crystal dynamics curve of ZSM-5 zeolite in hydrosol system5 分子篩的水熱合成方法況下，水熱體系合成 ZSM-5 分子篩需要硅源和鋁源作為基本原

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本文編號(hào)：2814287