綠色功能化ZSM-5分子篩的合成與應用
發(fā)布時間：2021-06-23 07:12
本論文主要為了合成出功能化ZSM-5分子篩以及利用綠色無污染的方法合成ZSM-5分子篩。其中將高嶺土有機插層復合物添加至原位水熱體系中成功合成出吸附功能較強的ZSM-5分子篩,并應用于廢水中重金屬六價鉻的吸附;通過原位無溶劑法在不添加有機模板劑和水溶劑的基礎上成功合成出ZSM-5分子篩,探索了該方法的最佳晶化條件,利用該分子篩制備出增產(chǎn)輕烯烴助劑并進行催化性能評價。本論文的工作主要有以下幾方面:（1）在合成功能化ZSM-5分子篩的研究中,通過考察高嶺土/二甲基亞砜插層物和高嶺土/尿素插層復合物的插層率和脫嵌規(guī)律及其加入原位合成沸石分子篩體系中的影響。結果表明,在原位水熱體系中引入6wt%的高嶺土/二甲基亞砜插層復合物（插層率為84%）合成的ZSM-5分子篩結晶度最佳可達到64%,比未改性的ZSM-5分子篩的結晶度增加了22%單位量。該ZSM-5分子篩具有較好的熱穩(wěn)定性,粒徑為3.9μm,孔徑為10.3nm,BET比表面積為231m2/g-1;在原位體系中引入3wt%的高嶺土/尿素插層復合物（插層率為22%）合成的ZSM-5分子篩結晶度為65%...
【文章來源】：湖南理工學院湖南省
【文章頁數(shù)】：68 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
ZSM-5分子篩的孔道結構示意圖
可以最大化利用現(xiàn)有資源，降低成本，還提高了分子篩的催化性能。（2）在合成路徑中，選擇無溶劑的合成方法或是避免有機模板劑的使用，既減少環(huán)境污染，還增加生產(chǎn)安全系數(shù)。1.4.1沸石分子篩合成原料綠色化傳統(tǒng)方法合成分子篩主要原料為化工原料，例如氫氧化鈉、氫氧化鋁、水玻璃、硅酸鈉、硅膠、白炭黑、鋁酸鈉、三異丙醇鋁、硝酸鋁、金屬鋁等。但存在成本較高、污染嚴重等缺點。目前，國內外對于天然礦物合成分子篩的研究也逐漸增多。天然礦物分類較多，合成分子篩主要采用高硅高鋁的粘土類礦物和火山玻璃類礦物等，（如圖1-2所示）如：高嶺石、莫來石、膨潤土、珍珠巖、浮巖、煤研石、粉煤灰、硅藻土、高硅類礦物及鋁土礦等。通過天然礦物合成分子篩具有價格低廉、資源優(yōu)化及無污染等優(yōu)點，但也有雜志過多的缺點，因此需要對天然礦物預處理活化后再進行合成。圖1-2天然礦物圖(1)莫來石(2)珍珠巖(3)高嶺土原礦(4)硅藻土原礦1.4.1.1高嶺土合成ZSM-5分子篩高嶺土是一種資源豐富應用廣泛天然礦物，中國從古代開始就已經(jīng)使用高嶺土制作了陶瓷等容器。目前，經(jīng)過現(xiàn)代分析得出高嶺土的理論成分為60Wt%的SiO2、26Wt%的A12O3以及其余鈣鐵等元素；化學簡式為：A12O3·2SiO2·H2O。由此可以看出，高嶺土是合成分子篩的天然的硅鋁源。因此，國內外學者研究了高嶺土合成不同類型的分子篩。在合成低硅分子篩方面，Loiola等[68]通過高溫活化后的高嶺土為原料成功合成出擁有優(yōu)異水軟化性能的NaA分子篩；Melo等[69]通過高溫活化后的高嶺土為原料合成出A型分子篩，該分子篩對砷具有較高的吸附能力；Wang等[70]利用堿處理后高嶺土為原料合成出了A型分子篩；Ma等[71]將高嶺土在高溫堿熔活化后合成了13X分子篩；
湖南理工學院碩士學位論文第1章緒論20無溶劑法無疑是最符合新時代綠色化生產(chǎn)的，但是目前對此研究的還處于探討階段，關于無溶劑法的固相機理理論還處在討論中。因此，無溶劑法值得繼續(xù)關注和研究。圖1-3無溶劑法流程圖1.5課題意義及主要研究內容ZSM-5分子篩從發(fā)展至今，其合成機理、反應方式等已被廣泛研究，并且也應用于化工、煉油、環(huán)保、生物等多種行業(yè)。但是，傳統(tǒng)的合成方式存在的生產(chǎn)成本高、浪費污染等缺點也不容忽視。高嶺土有物化特性優(yōu)異、儲備含量豐富、成本低廉環(huán)保等優(yōu)點是目前利用原位法工業(yè)化生產(chǎn)ZSM-5分子篩的最佳硅鋁天然礦物。因此，本課題將以高嶺土為原料，在原位水熱合成體系種引入高嶺土有機插層物，旨在合成出功能化的分子篩，探索ZSM-5分子篩的應用新方向，以分子篩材料的制備科學和應用基礎研究為突破口，提出合成功能化分子篩材料的新技術、新方法和新路線，為定向設計合成功能化分子篩提供一定的理論與應用指導。以及開發(fā)出綠色環(huán)保價廉高效的新型無溶劑合成ZSM-5分子篩的方法，論證ZSM-5分子篩固相合成機理，并為在工業(yè)上具有重要需求的ZSM-5沸石分子篩材料的高效、節(jié)能和綠色的合成開辟新路徑。以下為主要研究內容：（1）在合成功能化ZSM-5分子篩的研究中，主要探究了尿素/高嶺土插層復合物和二甲基亞砜/高嶺土插層物的設計及其加入原位合成沸石分子篩體系的規(guī)律性及功能化應用方面的探究。通過對物料配比、反應時間、反應溫度等工藝參數(shù)對高嶺土有機插層物的插層率及脫嵌規(guī)律進行了詳細的考察和研究。通過XRD，F(xiàn)T-IR，TG-DTA，N2靜態(tài)吸附法和SEM表征表明高嶺土有機插層物不同加入量對ZSM-5分子篩結晶度及孔結構的影響。并探究改性后的功能化ZSM-5分子篩在環(huán)保方面吸附六價鉻的應用。（2）在綠色化合成ZSM
【參考文獻】：
期刊論文
[1]晶種導向下干膠法合成ZSM-5分子篩[J]. 陳艷紅,崔紅霞,韓東敏,張強,李春義. 無機化學學報. 2018(03)
[2]氨基化碳化凹凸棒石的水熱制備及對水中Cr（Ⅵ）的吸附性能[J]. 王詩生,盛廣宏,宋西珍,王萍,于冬冬,練建軍. 硅酸鹽學報. 2018(05)
[3]ZSM-5分子篩對含鉻廢水中Cr（Ⅲ）的吸附行為研究[J]. 高小青,李潤,孫麗娟. 環(huán)境污染與防治. 2017(09)
[4]凹凸棒石的表面修飾及對水中Cr（Ⅵ）吸附動力學和熱力學的研究[J]. 王詩生,劉齊齊,王萍,儲蓓,盛廣宏,練建軍,于冬冬. 環(huán)境科學學報. 2017(07)
[5]六價鉻對人體急性與慢性危害探究[J]. 謝文強. 資源節(jié)約與環(huán)保. 2016(07)
[6]高濃度體系小晶粒B改性ZSM-5分子篩的制備及甲醇制丙烯催化性能[J]. 安良成,江永軍,王林,蘇慧,顏蜀儁,張偉,雍曉靜,羅春桃. 分子催化. 2016(01)
[7]特殊形貌類雪花狀ZSM-5分子篩的合成、表征及甲醇制烯烴催化性能（英文）[J]. 李靜,劉粟僥,張懷科,呂恩靜,任鵬舉,任杰. 催化學報. 2016(02)
[8]長期高溫水熱處理對ZSM-5分子篩催化劑性能的影響[J]. 吉媛媛,滿毅. 石油化工. 2015(07)
[9]新型分層ZSM-5沸石的合成及其在去除三氯乙烯中的應用（英文）[J]. Joo Pires,Ana C. Fernandes,Divakar Duraiswami. 催化學報. 2014(09)
[10]水熱處理對HZSM-5分子篩催化熱解生物質性能的研究[J]. 仲兆平,張波,丁寬,曹圓媛,劉志超. 工程熱物理學報. 2014(09)
碩士論文
[1]離子液體中ZSM-5/AlPO4-5復合分子篩的合成及其MTO催化性能研究[D]. 馮杰.鄭州大學 2018
本文編號：3244499
【文章來源】：湖南理工學院湖南省
【文章頁數(shù)】：68 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
ZSM-5分子篩的孔道結構示意圖
可以最大化利用現(xiàn)有資源，降低成本，還提高了分子篩的催化性能。（2）在合成路徑中，選擇無溶劑的合成方法或是避免有機模板劑的使用，既減少環(huán)境污染，還增加生產(chǎn)安全系數(shù)。1.4.1沸石分子篩合成原料綠色化傳統(tǒng)方法合成分子篩主要原料為化工原料，例如氫氧化鈉、氫氧化鋁、水玻璃、硅酸鈉、硅膠、白炭黑、鋁酸鈉、三異丙醇鋁、硝酸鋁、金屬鋁等。但存在成本較高、污染嚴重等缺點。目前，國內外對于天然礦物合成分子篩的研究也逐漸增多。天然礦物分類較多，合成分子篩主要采用高硅高鋁的粘土類礦物和火山玻璃類礦物等，（如圖1-2所示）如：高嶺石、莫來石、膨潤土、珍珠巖、浮巖、煤研石、粉煤灰、硅藻土、高硅類礦物及鋁土礦等。通過天然礦物合成分子篩具有價格低廉、資源優(yōu)化及無污染等優(yōu)點，但也有雜志過多的缺點，因此需要對天然礦物預處理活化后再進行合成。圖1-2天然礦物圖(1)莫來石(2)珍珠巖(3)高嶺土原礦(4)硅藻土原礦1.4.1.1高嶺土合成ZSM-5分子篩高嶺土是一種資源豐富應用廣泛天然礦物，中國從古代開始就已經(jīng)使用高嶺土制作了陶瓷等容器。目前，經(jīng)過現(xiàn)代分析得出高嶺土的理論成分為60Wt%的SiO2、26Wt%的A12O3以及其余鈣鐵等元素；化學簡式為：A12O3·2SiO2·H2O。由此可以看出，高嶺土是合成分子篩的天然的硅鋁源。因此，國內外學者研究了高嶺土合成不同類型的分子篩。在合成低硅分子篩方面，Loiola等[68]通過高溫活化后的高嶺土為原料成功合成出擁有優(yōu)異水軟化性能的NaA分子篩；Melo等[69]通過高溫活化后的高嶺土為原料合成出A型分子篩，該分子篩對砷具有較高的吸附能力；Wang等[70]利用堿處理后高嶺土為原料合成出了A型分子篩；Ma等[71]將高嶺土在高溫堿熔活化后合成了13X分子篩；
湖南理工學院碩士學位論文第1章緒論20無溶劑法無疑是最符合新時代綠色化生產(chǎn)的，但是目前對此研究的還處于探討階段，關于無溶劑法的固相機理理論還處在討論中。因此，無溶劑法值得繼續(xù)關注和研究。圖1-3無溶劑法流程圖1.5課題意義及主要研究內容ZSM-5分子篩從發(fā)展至今，其合成機理、反應方式等已被廣泛研究，并且也應用于化工、煉油、環(huán)保、生物等多種行業(yè)。但是，傳統(tǒng)的合成方式存在的生產(chǎn)成本高、浪費污染等缺點也不容忽視。高嶺土有物化特性優(yōu)異、儲備含量豐富、成本低廉環(huán)保等優(yōu)點是目前利用原位法工業(yè)化生產(chǎn)ZSM-5分子篩的最佳硅鋁天然礦物。因此，本課題將以高嶺土為原料，在原位水熱合成體系種引入高嶺土有機插層物，旨在合成出功能化的分子篩，探索ZSM-5分子篩的應用新方向，以分子篩材料的制備科學和應用基礎研究為突破口，提出合成功能化分子篩材料的新技術、新方法和新路線，為定向設計合成功能化分子篩提供一定的理論與應用指導。以及開發(fā)出綠色環(huán)保價廉高效的新型無溶劑合成ZSM-5分子篩的方法，論證ZSM-5分子篩固相合成機理，并為在工業(yè)上具有重要需求的ZSM-5沸石分子篩材料的高效、節(jié)能和綠色的合成開辟新路徑。以下為主要研究內容：（1）在合成功能化ZSM-5分子篩的研究中，主要探究了尿素/高嶺土插層復合物和二甲基亞砜/高嶺土插層物的設計及其加入原位合成沸石分子篩體系的規(guī)律性及功能化應用方面的探究。通過對物料配比、反應時間、反應溫度等工藝參數(shù)對高嶺土有機插層物的插層率及脫嵌規(guī)律進行了詳細的考察和研究。通過XRD，F(xiàn)T-IR，TG-DTA，N2靜態(tài)吸附法和SEM表征表明高嶺土有機插層物不同加入量對ZSM-5分子篩結晶度及孔結構的影響。并探究改性后的功能化ZSM-5分子篩在環(huán)保方面吸附六價鉻的應用。（2）在綠色化合成ZSM
【參考文獻】：
期刊論文
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[4]凹凸棒石的表面修飾及對水中Cr（Ⅵ）吸附動力學和熱力學的研究[J]. 王詩生,劉齊齊,王萍,儲蓓,盛廣宏,練建軍,于冬冬. 環(huán)境科學學報. 2017(07)
[5]六價鉻對人體急性與慢性危害探究[J]. 謝文強. 資源節(jié)約與環(huán)保. 2016(07)
[6]高濃度體系小晶粒B改性ZSM-5分子篩的制備及甲醇制丙烯催化性能[J]. 安良成,江永軍,王林,蘇慧,顏蜀儁,張偉,雍曉靜,羅春桃. 分子催化. 2016(01)
[7]特殊形貌類雪花狀ZSM-5分子篩的合成、表征及甲醇制烯烴催化性能（英文）[J]. 李靜,劉粟僥,張懷科,呂恩靜,任鵬舉,任杰. 催化學報. 2016(02)
[8]長期高溫水熱處理對ZSM-5分子篩催化劑性能的影響[J]. 吉媛媛,滿毅. 石油化工. 2015(07)
[9]新型分層ZSM-5沸石的合成及其在去除三氯乙烯中的應用（英文）[J]. Joo Pires,Ana C. Fernandes,Divakar Duraiswami. 催化學報. 2014(09)
[10]水熱處理對HZSM-5分子篩催化熱解生物質性能的研究[J]. 仲兆平,張波,丁寬,曹圓媛,劉志超. 工程熱物理學報. 2014(09)
碩士論文
[1]離子液體中ZSM-5/AlPO4-5復合分子篩的合成及其MTO催化性能研究[D]. 馮杰.鄭州大學 2018
本文編號：3244499
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