不同大小晶粒的ZSM-5沸石的合成及其催化活性

ZSM-5沸石是一种高硅铝比的新型沸石分子筛.它是一种高效、多能的形状选择性(shapeselective)催化剂,可应用于异构化、烷基化、歧化、芳构化、选择性裂化及石油油品改质等一系列反应,特别在二甲苯异构化、乙烯和苯反应制取乙苯以及甲苯歧化这三个反应上更有着突出的性能^[1].     

大晶粒ZSM-5分子筛的合成及其催化性能的研究

ZSM-5分子筛对许多正碳离于反应有优异的择形催化性能。近年来的研究表明,ZSM-5沸石的晶粒大小对其催化活性、选择性和稳定性有显著影响。如对甲苯歧化、甲苯与甲醇的甲基化反应,大晶粒ZSM-5分子筛对生成对二甲苯有较高的选择性。对于二甲笨液相异构化反应,小晶粒ZSM-5沸石具有较高的催化活性和选择性。我们用“直接法”合成了大晶粒(34×116μ)ZSM-5沸石分子筛,比较了不同晶粒大小ZSM-5分子筛催化剂在一些反应中的催化性能。大晶粒ZSM-5分子筛系不用有机胺,直接用水玻璃、硫酸铝、硫酸为原料合成的。用光学显微镜、扫描电镜观察所得分子筛的晶粒外形和大小,取5—6个有代表性的晶粒计算其平均尺寸。用BET重量法测定分子筛对正己烷、环己烷和水的吸附量。用X—射线衍射分析样品的物相。在160—200℃温度范围内考察了晶化温度对晶粒大小的影响,所得结果如表1。     

小晶粒ZSM-5沸石的绿色、经济性合成

通过添加少量silicalite-1做为活性晶种在较宽的SiO₂/Al₂O₃比范围内制备得到了小晶粒ZSM-5沸石,对所得样品进行X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM),N₂吸附-脱附,氨程序升温脱附(NH₃-TPD)以及吡啶吸附红外(Py-IR)表征。研究结果表明活性晶种能有效导向生成ZSM-5沸石,避免杂晶形成并可减小所得沸石的晶粒尺寸;所得ZSM-5在低硅铝比(SiO₂/Al₂O₃ ratio = 30)时呈纳米颗粒聚集体形貌,具有多级孔道结构性质;在较高硅铝比时(SiO₂/Al₂O₃ ratio = 60–120)呈小晶粒形貌,颗粒尺寸大约200 nm。值得注意的是由胶态晶种引入的少量TPAOH不完全堵塞沸石的微孔孔道,因此所得所有沸石均无需提前焙烧除去模板剂即可进行离子交换得到具有酸性的H型ZSM-5沸石,所得酸性H型ZSM-5沸石具有和常规方法得到的相同SiO₂/Al₂O₃比的ZSM-5相似的酸类型、强度和酸量,在催化甲醇转化制备烯烃时呈现出相似的甲醇转化率和烯烃选择性。与常规ZSM-5制备方法比较,该方法能够大大减少模板剂的使用量,避免了样品离子交换前的焙烧,方法绿色清洁、成本低廉,具有很好的潜在的工业应用前景。     

小晶粒ZSM-5沸石的绿色、经济性合成（英文）

通过添加少量silicalite-1做为活性晶种在较宽的SiO_2/Al_2O_3比范围内制备得到了小晶粒ZSM-5沸石,对所得样品进行X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM),N_2吸附-脱附,氨程序升温脱附(NH3-TPD)以及吡啶吸附红外(Py-IR)表征。研究结果表明活性晶种能有效导向生成ZSM-5沸石,避免杂晶形成并可减小所得沸石的晶粒尺寸;所得ZSM-5在低硅铝比(SiO_2/Al_2O_3 ratio=30)时呈纳米颗粒聚集体形貌,具有多级孔道结构性质;在较高硅铝比时(SiO_2/Al_2O_3 ratio=60–120)呈小晶粒形貌,颗粒尺寸大约200 nm。值得注意的是由胶态晶种引入的少量TPAOH不完全堵塞沸石的微孔孔道,因此所得所有沸石均无需提前焙烧除去模板剂即可进行离子交换得到具有酸性的H型ZSM-5沸石,所得酸性H型ZSM-5沸石具有和常规方法得到的相同SiO_2/Al_2O_3比的ZSM-5相似的酸类型、强度和酸量,在催化甲醇转化制备烯烃时呈现出相似的甲醇转化率和烯烃选择性。与常规ZSM-5制备方法比较,该方法能够大大减少模板剂的使用量,避免了样品离子交换前的焙烧,方法绿色清洁、成本低廉,具有很好的潜在的工业应用前景。     

ZSM-5沸石分子筛合成的研究

ZSM-5沸石分子筛是70年代初由美国Mobil公司最早开发的。由于它对烷基化、异构化、歧化、选择裂化和甲醇合成汽油等反应具有独特的催化性能,是目前被广泛重视的一种新型催化剂材料。自从它问世以来,很长一段时间内,认为有机胺是合成ZSM-5沸石分子筛的必不可少的原料。1977年Whittan等发表了用异丙醇等醇类合成ZSM-5分子筛之后,我们成功地用“乙醇、氨、导向剂法”,“乙醇法”和“只加导向剂法”合成了ZSM-5分子筛。     

不同晶粒ZSM-5沸石分子筛对合成气羰基化反应性能的影响

对沸石分子筛而言,分子筛的孔道、孔径、孔容和微孔等物理性质和酸性影响它的活性.通过调节和控制以上物理性质能够提高产物选择性和收率,降低副产物,从而促进反应性能提高活性.我们考察了ZSM-5分子筛的晶粒度和硅铝比对合成气羰基化反应性能的影响.结果表明,晶粒度小及具有一定比例的中强酸中心的ZSM-5沸石分子筛对反应有利,但晶粒度比较大即1和3μm的ZSM-5沸石分子筛目标产物选择性比较低.纳米级的ZSM-5沸石分子筛催化剂在反应中表现出较高的活性及较低的副产物选择性,是适宜的合成气羰基化反应催化剂载体.温度考察结果可知,反应温度为300℃时,效果为最佳.其中, 30～50 nm的ZSM-5沸石分子筛催化剂CO转化率为55%,乙酸甲酯和甲酸甲酯选择性之和为52%,而晶粒度3μm时, CO转化率仅为25%,乙酸甲酯和甲酸甲酯选择性之和为20%,是30～50 nm沸石分子筛的一半.当反应继续升温时,副产物的选择性也随之增加,是因为所生成的中间产物和甲醇等继续进行各种反应生成二甲醚、芳烃、烷烃以及裂解生成CO_2等干气.     

用天然沸石合成ZSM-5分子筛

以天然沸石作为硅铝源合成分子筛有着原料丰富、成本低廉等特点.近年来,用天然沸石作为原料合成分子筛的工作已有报道.但合成体系均为碱性介质,并有模板剂.Guth等在非碱体系合成了ZSN-5分子筛.李赫咺等采用直接法,以水玻璃和硫酸铝为原科,成功地合成了ZSM-5分子筛,但在非碱体系和直接法用天然沸石合成ZSM-5分子筛的工作尚未见报道.作者以天然沸石矿为原料,首次采用水热晶化法在非碱体系和直接法合成出ZSM-5分子筛,并对其结构和性能进行了考察.     

醇盐水解法合成ZSM-5沸石

用正硅酸乙酯（ＴＥＯＳ）冰解作硅源、三氯化铝作铝源合成了ＺＳＭ－５沸石,并和传统的水玻璃作硅源合成ＺＳＭ－５法进行了比较。用ＸＲＤ、热重／差热分析、红外光谱和正己烷吸附等对实验产品进行了表征。醇盐水解法比传统方法结晶速度快,可缩短合成时间。新法合成的ＺＳＭ－５沸石结晶度高、憎水性强、晶粒易于取向生长,对合成沸石膜非常有利。     

ZSM-5沸石分子筛的吸附性能

对ZSM-5沸石分子筛的吸附性能进行了研究。测定了环己烷、正己烷、苯和水分子在ZSM-5沸石上的吸附等温线;发现室温下环己烷分子的吸附受到阳离子的空间障碍作用。计算了ZSM-5佛石单胞中的吸附分子数、等量吸附热、微分吸附功和微分吸附熵等值。吸附热曲线表明ZSM-5沸石分子筛的表面是不均匀的。     

ZSM-5沸石大单晶的生长

ZSM-5是近十年来发展的具有广泛应用前景的高硅沸石分子筛。其骨架主要由五元环连结而成,具有十元环孔道(直径约6(?))。空间群为P_nma。大于40μm的均匀完美沸石单晶体,为晶体结构的测定以及与催化性质有密切关系的阳离子交换、扩散、吸附等重要性质的研究所必须。在通常的条件下获得大而完美的沸石单晶体是困难的。单晶的合成,有利于研究沸石晶体的形成与生长机理,是沸石结晶动力学研究的重要课题之一。     

高渗透率ZSM-5沸石膜的合成

沸石膜具有规整的孔道结构和统一的孔径 ,而且耐高温、耐化学侵蚀 ,因而在高温气体分离、蒸汽分离和催化 -分离一体化方面具有广阔的应用前景 ,尤其对烃类异构体如正、异丁烷 ,二甲苯异构体的分离显示了良好的分离性能[1] .沸石膜的合成研究已有很多报道[2～ 7] ,在 ZSM-5沸石膜合成中用到的模板剂均为昂贵的 TPABr或 TPAOH,且从渗透分离数据看 ,它们都具有良好的分离选择性 ,但渗透率不高 ,如 H2 的渗透率在1 0 - 7mol/(m2·s·Pa)数量级 ,这就制约了膜的应用 ,因此 ,探讨具有高选择性和大渗透量的沸石膜的合成显得尤为重要 .本文直…     

引导剂对合成ZSM-5沸石分子筛性能影响的研究

本文采用在无胺的凝胶体系中加入引导剂的方法合成ZSM-5分子筛催化剂。其物化性质和催化性能与用纯有机胺合成的ZSM-5分子筛催化剂相一致;考察了加入不同品种和数量的引导剂对所合成的分子筛的物化性能和催化性能的影响;在1001合成釜上进行放大试验,得到了满意的结果;这种催化剂在100ml反应器(CO+H_2两段法合成汽油)上经过4400h的运转,其活性稳定性和选择性仍然没有下降的趋势;考察了高温水蒸汽处理对催化剂的活性稳定性和芳构化的影响。     

以粉煤灰为原料制备ZSM-5沸石分子筛及其储氢性能

近年来，随着国内燃煤发电量的持续增长，作为燃煤电厂最主要的固体废弃物，粉煤灰的排放量也随着燃煤消耗的增长而急剧增加，引发了严峻的社会和环境问题。粉煤灰中的铝和硅元素含量很高，具有极高的提取价值。本文先对粉煤灰进行酸处理，除去粉煤灰中碱金属元素，提高硅铝比，之后采用水热合成法直接合成了高结晶度的ZSM-5沸石分子筛，此外还在水热合成时加入一定比例正硅酸乙酯（TEOS）后制备高硅铝比ZSM-5沸石分子筛，对二者在结构、结晶度和储氢性能方面进行了研究。结果表明，加TEOS后的ZSM-5的储氢性能比没有加TEOS的储氢量高，储氢量从0.584%增加到0.846%。     

变温晶化合成高渗透率ZSM-5沸石膜

沸石分子筛膜的分离性能优异 ,在膜反应器方面具有巨大的应用前景 ,使得在十多年的时间里 ,对其的研究取得了长足进展 .渗透率与选择性是沸石膜发展过程中一对相互制约的矛盾 ,只有当其具有较高渗透率和良好的选择性时 ,才能体现出优势 .因此 ,在不降低选择性的前提下 ,提高膜的渗透率便成为研究的重点 .迄今为止 ,国内外研究者们分别采取不同措施以合成高渗透率的 ZSM- 5沸石膜 ,如合成小晶粒分子筛以减小膜厚 [1] ,在载体孔内预设置扩散栏以阻碍沸石晶粒在孔内生成 [2 ] ;在中孔载体表面合成沸石膜 [3～ 5]等 ,但渗透结果表明 ,气体的渗…     

无机胺合成ZSM-5沸石的结构表征和催化作用

分别以氨水和正丙胺为模板剂 ,在 177℃温度下静止晶化 5 0小时 ,合成出ZSM - 5沸石分子筛 .经XRD和IR测试 ,两者具有基本相同的结构 ;TG -DSC分析证明 ,两者都具有优良的热稳定性 .由于有机胺易氧化分解 ,故使得后者的腔内包含物氧化放热峰前移约 4 0℃ .合成的ZSM - 5沸石经用不同离子交换后 ,用于催化己烷芳构化反应     

直接法合成NH4ZSM-5沸石分子筛的研究

七十年代初期美国Mobil公司开发的ZSM-5沸石,近年来在石油化工催化领域得到广泛应用,引起人们日益重视。在合成中除硅源铝源外,还需一定量有机胺,才能晶化得到ZSM-5^[1-2]。李赫咺等^[3]在NaOH体系中不用有机胺类、醇类及其它有机试剂和含氮化合物,直接合成出了NaZSM-5。王清遐、蔡光宇等^[4]在NaOH、NH₃、H₂O混合碱体系中也制得了NaZSM-5。但为了除去产物中对催化反应有害的钠离子,必须进行离子交换除钠,从而制得HZSM-5或NH₄ZSM-5,将后者加热可得HZSM-5,这样使得制备工艺复杂。     

低成本原料一步直接合成小晶粒ZSM-5分子筛

以硫酸铝、水玻璃、正丁胺、水、晶种、NaCl、浓硫酸等低成本试剂为原料,一步直接合成法制备了高结晶度小晶粒ZSM-5分子筛,详细考察了凝胶陈化方式、滴加顺序、晶化时间、晶化温度、水量及原料硅铝比对分子筛结晶度及粒度的影响.通过XRD、SEM等对合成的分子筛进行了详细表征.研究结果表明:采用低温水浴回流搅拌陈化方式、在160～170℃、晶化30 h可获得高结晶度小晶粒ZSM-5分子筛.正反加顺序对分子筛结晶度影响不大.     

硅胶原位合成ZSM-5分子筛及其催化性能的研究

以正丁胺为模板剂,采用水热晶化法在固体硅胶小球上原位合成了ZSM-5分子筛。考察了晶化温度、晶化时间、初始凝胶硅铝比及H2O/ SiO2、BuNH2/ SiO2、OH-/SiO2对ZSM-5相对结晶度的影响,得到了ZSM 5的合成化学规律。采用XRD、SEM、FT IR及N2吸附手段对固体硅胶小球上原位合成的复合结构分子筛进行了表征。结果表明,这种材料具有介孔和微孔的复合结构特征,而且很好地保持了硅胶小球的形貌。以大庆VGO为原料,在重油微反装置上对该复合结构分子筛进行催化性能评价。结果表明,使用硅胶原位合成的ZSM-5分子筛可显著提高低碳烯烃选择性和收率。