低硅铝比纳米团聚体ZSM-5的合成工艺研究

纳米团聚体ZSM-5因具有较高的活性及水热稳定性而被广泛用于催化剂的制备。以水玻璃为硅源、硫酸铝为铝源、正丁胺为模板剂,合成低硅铝比纳米团聚体ZSM-5分子筛。考察了钠硅比、陈化时间、晶种添加量等因素对合成分子筛形貌和晶粒尺寸的影响。采用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、氮气物理吸附、透射电镜（TEM）和X射线荧光光谱仪（XRF）等手段对样品进行了物性分析。结果表明：钠硅比（氧化钠与二氧化硅物质的量比）大于0.11可以合成出结晶度较好的ZSM-5分子筛,当钠硅比大于0.13时ZSM-5晶粒增大;延长陈化时间有助于降低分子筛的晶粒尺寸,提高晶粒尺寸的均一度,陈化12 h时晶体的平均尺寸约为160 nm;晶种添加量为3%~4%（按总二氧化硅质量计算）时,对样品晶粒尺寸及均匀度的影响较小。     

模板剂法水热合成高硅铝比ZSM-5分子筛

以工业水玻璃和硫酸铝为主要原料,正丁胺为模板剂,利用水热法合成出了高硅铝比ZSM-5分子筛。考察了晶化时间、晶化温度、投料硅铝比、合成体系pH值以及模板剂用量等因素对晶化产物的影响。采用X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、低温氮气吸脱附、核磁共振、扫描电子显微镜等手段对合成样品进行了表征。结果表明:合成ZSM-5分子筛最适宜的条件为:晶化时间36h,晶化温度170℃,投料硅铝比200,合成体系的pH=11.0,模板剂加入量为模硅比0.2。在最适宜条件下合成得到的ZSM-5分子筛产物具有高的相对结晶度,BET比表面积为335m2/g,晶粒尺寸约为5μm×15μm,骨架硅铝比大于100。     

低模数水玻璃合成ZSM-5分子筛及工艺条件优化

以低模数（n=1.03）水玻璃为硅源,通过改良水热合成途径,成功制备出无模板剂ZSM-5分子筛。借助X射线衍射仪（XRD）和扫描电镜（SEM）对ZSM-5分子筛结晶度及晶貌进行表征。在n(硅)/n(铝)为50 的情况下,通过考察晶化温度、时间、pH值、水含量、有无搅拌或晶种对ZSM-5分子筛物性的影响,优化合成工艺。结果表明,静置或晶种法得到的ZSM-5分子筛,晶体粒径大且晶貌不规整,不适合用于低模数水玻璃合成ZSM-5体系。ZSM-5沸石最适宜制备工艺为：n(H₂O)/n(SiO₂)=40,pH=10的合成混合物经室温老化24 h,搅拌状态下,170 ℃下水热晶化24 h。与商业级ZSM-5相比,低模数水玻璃合成的ZSM-5分子筛在环己烯水合反应中表现出更高的催化活性和选择性。     

晶种导向剂法制备纳米ZSM-5沸石

在水热合成体系中添加自制晶种导向剂成功制备了纳米ZSM-5沸石,考察了晶种导向剂、晶化温度和合成体系硅铝物质的量比对合成纳米ZSM-5沸石的影响。制备的晶种导向剂是全硅的Silicalite-1沸石纳米颗粒、沸石初级或次级结构单元的SiO₂以及模板剂TPAOH的混合胶体溶液,结果表明,在ZSM-5沸石制备体系中添加晶种导向剂可有效降低有机模板剂的使用量,缩短晶化时间,并能得到纳米尺寸的ZSM-5沸石,降低晶化温度和合成体系硅铝比有利于减小纳米ZSM-5沸石晶体尺寸。     

高硅铝比NaY分子筛的合成

采用动态水热晶化法,利用工业原料不加模板剂直接合成高硅铝比的NaY分子筛,制备的NaY分子筛的硅铝物质的量比稳定在5.85~6.05,相对结晶度大于85%。考察了导向剂陈化时间及温度、体系碱度、预晶化温度及时间等对合成的NaY分子筛硅铝比和结晶度的影响,提出制备高硅NaY的最佳合成条件。     

ZSM-5分子筛合成研究

介绍了以正丁胺为模板剂,水玻璃为硅源,硫酸铝为铝源合成ZSM-5分子筛的试验.实验结论表明,以正丁胺为模板剂模板作用明显,导向能力强,合成样品晶面规则,结晶度高,各项指标优异.并从陈化、正丁胺加入量、加料顺序、晶化时间、投料硅铝比方面探讨了这些工艺条件对ZSM-5分子筛合成的影响.     

铝源对合成ZSM-5分子筛晶粒大小及形貌的影响

分别采用偏铝酸钠、硫酸铝、异丙醇铝为铝源,四丙基氢氧化铵为模板剂,用水热合成法制备了不同晶粒大小及不同形貌的ZSM-5分子筛.通过XRD、SEM等表征手段对各种锚源合成的分子筛结晶度、晶粒大小及形貌进行了对比分析.结果表明,以偏铝酸钠和异丙醇铝为铝源合成的ZSM-5分子筛晶粒较小,形貌趋于球形,且化学硅铝比与晶化前驱体的硅铝比基本一致;而以硫酸铝为铝源合成的ZSM-5分子筛硅铝比低于投料硅铝比,且晶粒较大.     

环己烯水合制备环己醇反应条件的优化

以粉末状HZSM-5分子筛为催化剂考察了环己烯水合制备环己醇的反应,分析了SiO2与Al2O3物质的量比和粒径对分子筛催化性能的影响,优化了环己烯水合反应的工艺条件.实验结果表明,SiO2与Al2O3物质的量比为25的小粒径HZSM-5分子筛催化效果最好,环己烯水合反应的较佳工艺条件为反应温度120℃、催化剂与水质量比为30:100、水与环己烯两相体积比为1:2,在此条件下反应3 h,环己醇收率达到15.4%.     

硅源对纳米级ZSM-5分子筛结构及其对甲醇转化制丙烯与丁烯反应催化性能的影响

采用低温水热晶化法,以四丙基氢氧化铵为模板剂,分别使用98%粗孔固体硅胶和30%硅溶胶为硅源,制备不同硅铝物质的量比的纳米级ZSM-5分子筛,研究硅源对其物化结构及甲醇转化制丙烯与丁烯催化性能的影响。结果表明,硅源种类影响ZSM-5分子筛的结构及铝分布,进而影响其酸性和催化性能。固体硅胶为硅源,有利于形成弱酸性位点;硅溶胶为硅源,有利于形成强酸性位点。在相同硅铝物质的量比时,以固体硅胶为硅源的ZSM-5分子筛的总酸量小于以硅溶胶为硅源的样品。无论使用何种硅源,对ZSM-5分子筛的晶型结构影响不大,且ZSM-5分子筛颗粒形貌均呈现为由小晶粒堆积成(500~1 000)nm的类球形颗粒。以硅溶胶为硅源制备的样品颗粒尺寸大于以固体硅胶为硅源制备的样品。硅铝物质的量比为400时,两种硅源合成分子筛的丙烯与丁烯的选择性相近,但以硅溶胶为硅源的ZSM-5分子筛的寿命更长。     

不同双模板剂对ZSM-5分子筛催化剂形貌的影响

固定硅源、铝源和水用量,采用复合模板剂,其中一种模板剂为四丙基氢氧化铵,另一种模板剂为有机胺(乙二胺、1,6-己二胺、异丙胺或三乙胺),通过改变第二种模板剂用量和类型,制备系列ZSM-5分子筛催化剂。采用XRD和SEM进行表征,考察不同双模板剂对ZSM-5分子筛催化剂晶体结构和形貌的影响。结果表明,不同双模板剂合成的产物均为纯相ZSM-5分子筛,且具有较高的结晶度,晶粒外形保持不变,但晶粒尺寸有很大差异,顺序为:四丙基氢氧化铵+三乙胺四丙基氢氧化铵+异丙胺四丙基氢氧化铵+1,6-己二胺四丙基氢氧化铵+乙二胺,可见,只改变模板剂种类而不改变硅源、铝源和水的用量,即可合成相对结晶度高、外形相同但晶粒尺寸不同的ZSM-5分子筛催化剂。     

二次水热合成法制备ZSM-5分子筛膜及其渗透汽化性能

采用二次水热合成法在管状多孔莫来石支撑体上制备高耐酸性ZSM-5分子筛膜,系统地研究分子筛晶种和合成溶胶中H₂O/SiO₂摩尔比率对ZSM-5分子筛膜生长与渗透汽化性能的影响,采用X射线衍射、冷场扫描电子显微镜和电子能谱等表征技术分别对制备的ZSM-5分子筛及其ZSM-5分子筛膜的结构、形貌和Si/Al比进行表征。针对分离75℃、90% HAc/H₂O的水溶液,最优化条件下制备的ZSM-5分子筛膜表现出优良的渗透汽化性能,渗透通量和分离因子分别为0.98kg/(m²·h)和890。此外,本研究所采用制备耐酸性ZSM-5分子筛膜的方法表现出良好的重现性,重复制备的12根ZSM-5分子筛膜在75℃下分离90% HAc/H₂O的水溶液时,平均通量和分离系数分别为（0.85±0.15）kg/(m²·h)和650±290。再者,ZSM-5分子筛膜在45～75℃的温度范围内分离50%～95% HAc/H₂O水溶液时都表现出优良的渗透汽化性能。     

预成型高岭土干胶转化合成NaY型分子筛

通过干胶转化法制备了整体式NaY分子筛,采用XRD、SEM及XRF分析表征原料及产物,系统考察了合成体系的n（SiO₂）/n（Al₂O₃）、n（Na₂O）/n（SiO₂）、水量、晶化温度和晶化时间对整体式NaY分子筛制备的影响。结果表明,合成体系n（SiO₂）/n（Al₂O₃）=7.5时,骨架硅铝比（二氧化硅与氧化铝物质的量比）最大为6.12;n（Na₂O）/n（SiO₂）逐渐增大,整体式NaY分子筛结晶度逐渐升高,当n（Na₂O）/n（SiO₂）增至0.35时,会导致P型分子筛的生成;晶化温度从90 ℃逐渐增至120 ℃时,整体式NaY分子筛结晶度也随之升高;在110 ℃下晶化20 h,产物的结晶度达到98%并趋于稳定。干胶转化制备整体式NaY分子筛必须有水的参与,n（H₂O）/n（SiO₂）为4.2左右对反应物的成型及整体式NaY分子筛的晶化较为适宜。     

静态条件下合成纳米片层ZSM-5分子筛

采用具有双功能导向作用的长碳链双季铵盐作为模板剂,原料配比为n(Na_2O)∶n(Al_2O_3)∶n(SiO_2)∶n(C_(22-6)-6Br_2)∶n(H_2SO_4)∶n(H_2O)=30∶1∶100∶10∶18∶4 000,静态条件下合成有序纳米片层ZSM-5分子筛,并采用XRD、N2吸附-脱附、SEM和TEM等对其进行表征。研究部分晶化条件对合成过程的影响。结果表明,增大填充度至50%,可以提高晶化压强,从而提高分子筛结晶度;随着凝胶碱度的增加,纳米片层分子筛结晶度先增大后降低,多片层有序性也发生同样变化;晶化时间对合成过程的前期影响较大,晶化时间6天,分子筛达到较高结晶度,样品形貌均一,介孔孔径分布集中。     

无黏结剂ZSM-35沸石的制备与催化反应性能

考察了不同硅铝比无黏结剂ZSM-35沸石分子筛的合成条件及催化反应性能。以多种有机胺（乙二胺、环己胺、正丁胺）为模板剂,在SiO₂/Al₂O₃为30～40的情况下均可以水热合成无黏结剂ZSM-35沸石。在乙二胺模板剂体系中,ZSM-35合适的晶化温度为130～160℃。提高SiO₂/Al₂O₃至58时,在乙二胺和正丁胺模板剂体系下,合成产物易出现ZSM-5和石英相,而环己胺作为模板剂可以成功制备纯相的无黏结剂ZSM-35沸石。在SiO₂/Al₂O₃为72时,以乙二胺、环己胺、正丁胺为模板剂均难合成纯相ZSM-35沸石,易产生杂晶。在二甲苯异构化反应中,制备的ZSM-35沸石表现出比ZSM-5沸石更好的对二甲苯选择性和更低的二甲苯损失。     

ZSM-5沸石分子筛膜的制备及脱盐性能研究

淡水资源日益短缺,发展膜法海水淡化技术是满足世界淡水供应需求的重要途径,但是寻找合适的膜材料依然是人类面临的挑战。ZSM-5沸石分子筛膜（简称沸石膜）具有规则的孔道结构、合适的孔径尺寸（0.51~0.56 nm）以及可调变的硅铝比,在有机物脱水分离应用中展示了优异的选择性及良好的渗透性和稳定性。基于其孔径尺寸介于水分子和盐离子之间,其在海水淡化脱盐领域也具有应用潜力。在大孔α-Al₂O₃载体上采用二次生长法制备了ZSM-5沸石膜,考察了晶化时间与合成液的硅铝比对ZSM-5沸石膜成膜和渗透蒸发脱盐性能的影响,并采用XRD、SEM、EDS与水接触角表征了合成膜的相结构与结晶度、骨架组成表面特性等膜的结构性质。结果表明：通过二次水热法采用合成液摩尔配比为n（Al₂O₃）∶n（SiO₂）∶n（Na₂O）∶n（NaF）∶n（H₂O）=0.05∶1∶0.21∶1.01∶55的合成液在175℃下晶化48 h为最佳的合成条件,制备了Si/Al比为10、接触角为17.5°的亲水纯相致密ZSM-5沸石膜,并在75℃下对3.5%（质量）的NaCl水溶液进行了渗透蒸发测试,水的通量和盐离子截留率达到8.35 kg·m^-2·h^-1和99.99%,且性能在60 h的时间依存性测试后依然稳定,表现出了很高的海水淡化工业应用潜力。     

体型化NaA分子筛的制备研究

以粉煤灰一步酸溶法提取氧化铝剩余的酸溶渣为原料制备具有一定强度的地质聚合物,经过水热反应原位转化NaA分子筛。通过研究合成过程中的硅铝比、碱量、液固比等因素对制备体型化分子筛的影响,得到了制备酸溶渣基地质聚合物原位转化NaA型分子筛的最佳条件：在二氧化硅与三氧化二铝物质的量比为1.8、氧化钠与三氧化二铝物质的量比为1.0、水与酸溶渣质量比为1.2条件下制备出地质聚合物,之后在0.5 mol/L的75 mL氢氧化钠溶液中晶化,在晶化温度为100 ℃、晶化时间为8 h条件下可以制备出晶相单一、结晶度高的NaA体型化分子筛。制备的NaA体型化分子筛具有明显的立方体形貌,颗粒分布均匀,孔径为0.685 nm,比表面积为86.75 m²/g,抗压强度为4.5 MPa。     

晶化条件对Mo-ZSM-5分子筛粒径的影响

采用静态水热法在n(SiO_2)∶n[(NH4)2Mo O4]∶n(四丙基氢氧化铵)∶n(H2O)=40∶1∶6∶y体系中,合成Mo-ZSM-5杂原子分子筛,并考察水用量、晶化温度和晶化时间对其粒径的影响。结果表明,在晶化温度170℃和晶化时间24 h下,当投料n(SiO_2)∶n(Mo)=40和n(H2O)∶n(Mo)=200得到晶粒大小为(10~30)nm的Mo-ZSM-5分子筛。降低晶化温度和延长晶化时间,有利于杂原子Mo进入ZSM-5分子筛骨架。     

Organotemplate-free Hydrothermal Synthesis of SUZ-4 Zeolite： Influence of Synthesis Conditions

Various conditions were investigated in detail for the novel organic template-free static hydrothermal synthesis of SUZ-4 zeolite in the presence of seeds. The obtained samples were characterized by XRD （X-ray diffraction）, SEM （scanning electron microscope）, TG （thermal gravimetric analysis）, ICP （inductively coupling plasma） elemental analysis, nitrogen sorption isotherm and surface area. The results show that pure SUZ-4 zeolites with high crystallinity are obtained in a broad window of synthesis conditions： seed mass concentration 0.2%-2%, SIO2/A1203 molar ratio 21 25, KOH/SiO2 molar ratio 0.33 0.43, H20/SiO2 molar ratio 7.14-38.1, aging time 24 h, crystallization temperature 160℃, and crystallization time 6-10 d. Also, crystallinity and size of the rod-like SUZ-4 zeolite crystals are found to alter with the conditions.     

Revision of Charnell’s procedure towards the synthesis of large and uniform crystals of zeolites A and X

A critical replication and re-evaluation of Charnell’s procedure to the synthesis of zeolites A and X has been carried out, aiming at reliable protocols for preparation of large and uniform crystals of the respective zeolites in a scale of 50 g per batch. Triethanolamine, as an organic additive to the reacting sodium aluminosilicate hydrogel, increases the viscosity of the system, and reduces the reactivity of aluminium species towards nucleation and crystal growth through forming chelated complex compounds. The reactivity of silicate species has to be accordingly adjusted, by choosing proper source materials. Zeolite A crystals, which possess shapes of edge-truncated cubes, and sizes of 35–40 μm in edge-length, have been synthesized with a starting gel having the composition 1.7Na₂O:Al₂O₃:0.7SiO₂:165H₂O:6.1TEA in 2-l batch-size, using dissolved metallic aluminium and colloidal silica. The crystallization has been accomplished at 85 °C within 21 days. When the gel has a starting composition 2.3Na₂O:Al₂O₃:1.3SiO₂:300H₂O:10TEA (1-l batch), 70–80 μm large zeolite X crystals can be obtained at 85 °C in 35 days. Both starting gels are prepared at 0 °C, then quickly heated to the crystallization temperature.