ZSM-5分子筛的类固相体系合成及其晶化机理初探

采用具有液相和固相双相转化机理为主导的类固相体系分子筛合成方法,合成了ZSM-5分子筛.采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和低温氮气吸附-脱附技术对合成样品进行了表征,结果表明,该体系合成的ZSM-5分子筛相对结晶度高,无杂晶,晶粒规整,具有高的比表面积和孔容,并呈现多级分布的孔道结构.与常规方法合成样品相比,具有合成周期短、投入产出比高、单釜产率可提高300%的优点.结合实验过程对类固相体系合成ZSM-5沸石的晶化机理进行了初步探索.     

片状形貌ZSM-39分子筛的合成

利用高通量水热合成装置,使用正丙胺(R1)和六亚甲基四胺(R2)双模板剂,合成片状形貌的ZSM-39分子筛。采用XRD、SEM、FTIR、TG和N2吸附-脱附等方法对试样进行了表征,考察了晶化时间和双模板剂比例对合成的ZSM-39分子筛形貌的影响。实验结果表明,当晶化时间足够长(120 h)时,所得ZSM-39分子筛的结晶度良好;合成的ZSM-39分子筛的形貌可通过调节双模板剂的比例进行有效控制,R1含量过高或过低时,均不能得到片状形貌的ZSM-39分子筛;在晶化温度180℃、晶化时间120 h、双模板剂比例n(R1)∶n(R2)=0.5的条件下,所得ZSM-39分子筛呈现均匀薄片状形貌,厚度50 nm左右。     

多级孔ZSM-5分子筛形貌及结构调控

以甲基三乙氧基硅烷(MTES)和正硅酸乙酯(TEOS)为混合硅源,在不同的合成条件下,合成得到不同形貌和尺寸的ZSM-5分子筛。采用XRD、SEM、TEM、N_2吸附-脱附等手段对分子筛进行表征,探究了水热条件对分子筛形貌、尺寸、孔结构以及晶体结构等物化性质的影响。结果表明,在甲基三乙氧基硅烷添加量为1 mL、乙醇添加量为9.9 mL、180℃晶化时间4 d的水热条件下,合成的分子筛尺寸均一、结晶度较好,具有丰富的介孔结构,介孔尺寸在2～5 nm。     

极浓体系合成特殊形貌ZSM-5分子筛及晶化机理研究

通过极浓体系合成法,采用固体硅源和有机复合表面活性剂,原位合成具有特殊形貌的纳米级和微米级晶粒共生的ZSM-5分子筛。SEM结果表明,晶粒尺寸最小200nm、最大2μm,兼顾小品粒活性高和大晶粒稳定性高的特性;BET结果表明,产品具有从0.4～6.5nm梯级分布的孔径结构。并对其晶化机理进行了探讨。微反评价结果表明,合成的ZSM-5分子筛具有良好的异构化性能。     

降解法合成具有纳米ZSM-5结构的双模型介孔分子筛

通过降解ZSM-5分子筛得到含ZSM-5纳米簇及初级结构的降解液,以CTAB为模板剂,合成了具有沸石二次结构的双模型介孔分子筛.采用XRD、TEM、SEM等分析手段对其进行了表征.结果表明,该复合介孔分子筛具有高的水热稳定性,其形貌为球状,颗粒大小为100 nm.所制备的纳米ZSM-5,其颗粒直径可达到20 nm以下.     

高分子及表面活性剂对ZSM-5分子筛形貌调控

采用高通量水热合成设备,在分子筛合成过程中使用水溶性高分子（甲基纤维素、淀粉和聚乙二醇400）及表面活性剂（十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠）作为特殊添加剂,对ZSM-5分子筛形貌进行调控;采用XRD和SEM方法对分子筛的尺寸和形貌进行表征,探索了不同添加剂对晶体生长的作用以及对分子筛形貌的影响;研究了不同粒径分子筛对苯分子的吸附性能及其在C4烯烃催化裂解反应中的性能。实验结果表明,加入不同添加剂会制备出不同形貌及粒径大小的分子筛,使用十二烷基苯磺酸钠可以得到小粒径纳米级分子筛。TG和吸附结果表明,小粒径分子筛中有机模板剂或添加剂含量更高,失重更明显,具有更高的苯饱和吸附量。同时纳米分子筛会暴露出更多的外表面活性位,与反应物/中间体/产物产生过强的吸附作用力,扩散速率较低。在C4烯烃裂解反应中,纳米分子筛催化剂由于具有更多的活性位而表现出较高的初始转化率及优良的稳定性。     

气—固相置换法合成Sn—ZSM—5型分子筛

本文以Silicalite-Ⅰ为沸石原粉,在600℃下用SnCl_4处理,使Sn取代Si进入沸石骨架,合成出Sn-ZSM-5型分子筛。X 射线衍射、红外光谱、电子探针分析、X 射线光电子能谱、~(29)Si 高分辨魔角探头固体核磁等研究结果表明,Sn 原子以正四价的形式位于Silicalite-Ⅰ沸石分子筛骨架中。     

甘油辅助下晶种法合成ZSM-5分子筛

以硅溶胶为硅源,甘油为辅助剂,采用晶种替代有机模板剂在水热条件下合成ZSM-5分子筛。考察了晶化温度和甘油对ZSM-5分子筛相对结晶度、晶粒尺寸、比表面积和酸性等性质对其催化性能的影响。利用Ｘ射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、N2吸附-脱附（BET）、NH3-TPD等分析手段对不同甘油含量分子筛样品进行表征。结果表明：在170℃晶化温度下,适量甘油辅助剂的添加,可以提高ZSM-5沸石分子筛的相对结晶度,并在一定程度上抑制α-SiO2杂晶的产生,从而提高其比表面积。在甲苯歧化反应中,添加甘油合成的ZSM-5催化剂表现出优良的催化性能,与未添加甘油合成的ZSM-5催化剂相比,甲苯转化率提高6～7百分点。     

聚乙二醇存在下不同合成条件对多级孔ZSM-5分子筛形貌的影响

以四丙基溴化铵（TPABr）为微孔模板剂、聚乙二醇(PEG)为介孔模板剂,在不同的水热条件下,合成不同形貌的多级孔ZSM-5分子筛,并探究其晶形及孔径分布变化。利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜、N₂吸附-脱附等表征手段,研究分子筛的孔道结构和物化性能。结果表明,多级孔ZSM-5分子筛晶体尺寸随着硅/铝摩尔比(n(Si)/n(Al))的增大而减小;随着晶化温度的升高,组成晶体的晶粒由长六方板状变成正六方板状,晶化温度过高（200℃）会导致聚乙二醇的模板导向作用减弱;晶化时间延长,分子筛晶体形貌单一,只有板状晶粒穿插形成的晶体且晶体尺寸变大;随着聚乙二醇用量的增加,组成晶体的小晶粒逐渐增多,晶体从六棱明显的板状成为近球状。m(Si)/m(Al)/m(PEG)为100/0.027/20,晶化温度为180℃,晶化时间为36 h时, 多级孔ZSM-5分子筛的结晶度最高;合成的晶体大小均匀且形貌统一。     

合成条件对ZSM-35分子筛结构和形貌的影响

分别以乙二胺、环己胺和吡咯烷为模板剂,采用静态水热晶化法合成ZSM-35分子筛。通过XRD、SEM、低温N2吸脱附手段对分子筛的晶体结构、形貌和孔结构进行表征,对加料顺序、碱度、晶化温度和时间以及模板剂种类等影响分子筛合成的因素进行考察。结果表明：ZSM-35分子筛需在较强的碱性条件下合成,晶化温度为170 ℃时得到的分子筛样品结晶度较好,晶化时间适当延长有利于晶体的生长;模板剂种类对分子筛的形貌和粒径有较大影响,采用吡咯烷作模板剂在相同条件下得到的分子筛粒径最小,同时采用乙二胺和环己胺作模板剂时,得到了片状且分散较好的小粒径晶体。     

金属原位改性ZSM-5分子筛的合成及其形貌特征

采用原位引入金属离子的方法实现了ZSM-5嵌入式改性.ZSM-5的FT-IR谱中二级结构单元振动峰频率发生位移,表明金属杂原子进入了沸石骨架.在此基础上,开发了一种新的可以调变ZSM-5孔性质和分子筛形貌的方法,制备的产物中,中孔增加且表面有很多层错和台阶,是一种对催化过程有利的新材料.     

无机体系中两段晶化法合成ZSM-5分子筛的研究

在无有机模板剂条件下,以水玻璃为硅源采用两段变温晶化法合成了结晶度良好的ZSM-5分子筛。分别考察了低温预晶化时间、高温预晶化时间和体系中NaCl引入量对合成分子筛晶体形貌和晶粒尺寸的影响。采用XRD、SEM和N2吸附-脱附等手段对合成样品进行了物性分析。结果表明：两段控温晶化法可以控制分子筛的晶粒尺寸及分布,低温120 ℃预晶化5 h时,合成样品的晶粒最小;高温180 ℃预晶化4 h时,合成样品的晶粒最小;随着合成体系中NaCl引入量的增加,合成ZSM-5分子筛的晶粒尺寸逐渐减小,同时结晶度也逐渐降低,合成体系最佳的n（NaCl）/n（Al2O3）范围应控制在10~30。     

双模板条件下介孔结构ZSM-5沸石的合成

在具有介观大小的聚乙烯醇水溶性高分子模板(PVA)和小分子有机铵四乙基溴化铵(TPABr)共同存在条件下,合成了具有介孔结构的ZSM-5沸石晶体,合成产物通过XRD、N2吸附-脱附、SEM、FT-IR和DTG等手段进行了表征.结果表明,双模板条件下合成的ZSM-5沸石晶体比常规采用小分子四乙基溴化铵单模板合成样品含有更多的介孔,且合成体系中随PVA加入量的增多,样品所包含的介孔率增加.介孔的形成可能是由于沸石的溶胶对高分子物质PVA产生吸附并将其包裹进胶粒中,经过高温焙烧除去PVA后的结果.与传统的沸石晶体材料相比,这些发达的介孔结构可大大提高其大分子的可接近性.     

不同形貌和晶粒大小ZSM—5分子筛合成的研究

考察了K2O－AI2O3－SiO2-TPABr(四丙基溴化铵）－H2O体系中水热合成制备ZSM－5分子筛时各因素对晶粒大小和形貌的影响。降低投料硅铝比、增加K^ 含量、使用碱性较弱的K2CO3或升高晶化温度都能促进产品ZSM－5分子筛晶粒的增大。提高投料硅铝经或引入NO3^-易使产物形貌趋于球形。采用晶化前预老化的方法,可以方便地制备出不同晶粒大小（1．0－40μm）且不含微晶、无微晶聚集体的产品。     

双硅源法直接合成多级孔结构的ZSM-5沸石及性能

以廉价的固体硅胶和硅溶胶作为硅源,采用过程控制法,在无其它介孔模板剂的情况下,直接合成了具有多级孔结构的ZSM-5沸石.用X射线粉末衍射(XRD),高分辨扫描电子显微镜(SEM),微分热重(DTG)以及氨程序升温脱附(NH3-TPD)等手段对沸石进行了表征.结果表明,该沸石材料具有发达的呈梯级分布的多级孔结构,集中孔径分布1.7和3.8 nm,晶粒尺寸约为1.5μm.用于混合C4烃的催化裂解反应,与传统方法合成的ZSM-5沸石相比,其烯烃选择性(乙烯和丙烯)提高了约5%,烯烃产率提高了近10%.     

改性ZSM-5分子筛催化合成氯乙酸酯

利用ZSM-5分子筛催化剂,合成了氯乙酸丁酯、氯乙酸异丁酯、氯乙酸戊酯、氯乙酸异戊酯、氯乙酸己酯.文中对影响反应的诸因素进行了讨论.酯收率为90%以上.     

改性ZSM-5分子筛催化合成氯乙酸酯

利用ZSM-5分子筛催化剂,合成了氯乙酸丁酯、氯乙酸异丁酯、氯乙酸戊酯、氯乙酸异戊酯、氯乙酸己酯.文中对影响反应的诸因素进行了讨论.酯收率为90%以上.     

ZSM-5催化合成糠酸酯的研究

利用改性固体酸ZSM-5为催化剂,催化合成糠酸甲酯、糠酸乙酯、糠酸丙酯,酯收率为90％左右。