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《zsm-分子篩合成和改性的研究進(jìn)展分解》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。
1、ZSM-5分子篩合成和改性的研究進(jìn)展摘要：ZSM-5分子篩在工業(yè)中應(yīng)用廣泛。本文詳細(xì)闡述了ZSM-5沸石分子篩的各種合成方法，并介紹了常用的高溫水熱處理、金屬改性和磷改性等改性技術(shù)現(xiàn)狀及其應(yīng)用。關(guān)鍵詞：ZSM-5，分子篩，合成，改性ZSM-5沸石分子篩是Mobil公司于20世紀(jì)70年代開(kāi)發(fā)的一種高硅三維交叉直通道的新結(jié)構(gòu)沸石分子篩。ZSM-5分子篩屬高硅五元環(huán)型沸石，其基本結(jié)構(gòu)單元由8個(gè)五元環(huán)組成，這種基本結(jié)構(gòu)單元通過(guò)共邊聯(lián)結(jié)成鏈狀結(jié)構(gòu)，然后再圍成沸石骨架，其理想晶胞組成為：Nan(AlnSi96-nO192)·16H2O。該沸石分子篩親
2、油疏水，熱和水熱穩(wěn)定性高，大多數(shù)的孔徑為0.55nm左右，屬于中孔沸石。由于其獨(dú)特的孔結(jié)構(gòu)不僅為擇形催化提供了空間限制作用，而且為反應(yīng)物和產(chǎn)物提供了豐富的進(jìn)出通道，也為制備高選擇性、高活性、抗積炭失活性能強(qiáng)的工業(yè)催化劑提供了晶體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。由此，其成為了石油工業(yè)中擇形反應(yīng)中最重要的催化材料之一。不僅如此，ZSM-5分子篩在精細(xì)化工和環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域中也得到了廣泛的應(yīng)用。因此，對(duì)ZSM-5分子篩的研究具有重要的理論意義和實(shí)踐價(jià)值。本文在介紹ZSM-5分子篩結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，分析總結(jié)了ZSM-5分子篩的各種合成方法，如有機(jī)胺合成，無(wú)機(jī)胺合成等方法。此
3、外，淺述了ZSM-5分子篩在改性方面的研究，以及未來(lái)ZSM-5分子篩的重點(diǎn)研究方向。1ZSM-5分子篩的結(jié)構(gòu)ZSM-5分子篩屬于正交晶系，晶胞參數(shù)[1]為a=2.017nm，b=1.996nm，c=1.343nm。ZSM-5的晶胞組成可表示為Nan(AlnSi96-nO192)·16H2O。式中n是晶胞中Al原子個(gè)數(shù)，可以由0~27變化，即硅鋁物質(zhì)的量比可以在較大范圍內(nèi)改變，但硅鋁原子總數(shù)為96個(gè)。ZSM-5分子篩的晶體結(jié)構(gòu)由硅(鋁)氧四面體所構(gòu)成。硅(鋁)氧四面體通過(guò)公用頂點(diǎn)氧橋形成五元硅(鋁)環(huán)，8個(gè)這樣的五元環(huán)組成ZSM-5分子篩的
4、基本結(jié)構(gòu)單元。ZSM-5分子篩的孔道結(jié)構(gòu)由截面呈橢圓形的直筒形孔道(孔道尺寸為0.54nm×0.56nm)和截面近似為圓形的Z字型孔道(孔道尺寸為0.52nm×0.58nm)交叉所組成[2]，如圖1所示。兩種通道交叉處的尺寸為0.9nm，這可能是ZSM-5催化活性及其強(qiáng)酸位集中處。ZSM-5分子篩這種規(guī)整的孔道結(jié)構(gòu)，大比表面積，高水熱穩(wěn)定性和良好的離子交換性能以及豐富可調(diào)的表面性質(zhì)使其受到廣泛的關(guān)注。圖1ZSM-5分析篩孔道結(jié)構(gòu)示意圖2ZSM-5分子篩的合成隨著人們對(duì)ZSM-5分子篩合成及其改進(jìn)方法的不斷探索，涌現(xiàn)出了許多合成ZSM-5分
5、子篩的方法。根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，可以分為：(1)水熱體系與非水熱體系的合成；(2)有機(jī)胺與無(wú)胺體系的合成；(3)堿性與非性體系的合成；(4)在負(fù)載物上合成沸石。盡管合成方法、模板劑類型、硅源或鋁源的種類等不同，但合成的共同點(diǎn)是均在ZSM-5的合成條件下，使硅鋁物種發(fā)生結(jié)構(gòu)重排形成ZSM-5晶體結(jié)構(gòu)[3]。ZSM-5分子篩合成方面的研究熱點(diǎn)主要集中于：(1)小晶粒，尤其是納米級(jí)的合成。分子篩晶粒的降低，增加了外表面的活性中心，降低了擴(kuò)散阻力，使反應(yīng)物分子接近活性中心的幾率增大，反應(yīng)選擇性好；(2)含雜原子ZSM-5沸石的合成[4]。以Ga、
6、B、Fe、Sn、Ti、Cr和Zr等雜原子同晶置換ZSM-5中的部分或全部鋁或硅，在改變分子篩的化學(xué)組成和孔結(jié)構(gòu)大小的同時(shí)，對(duì)其表面酸性質(zhì)及擇形性進(jìn)行調(diào)變或賦予分子篩以脫氫功能或氧化還原性能，可以獲得催化性能優(yōu)異的分子篩。2.1有機(jī)胺合成分子篩合成ZSM-5分子篩一般采用水熱合成法，將一定配比的混合物于某一溫度下進(jìn)行晶化，直至反應(yīng)完全。在分子篩合成中模板劑是重要物質(zhì)，也是影響分子篩的性質(zhì)和制備成本的主要因素。通常采用有機(jī)堿類，尤其是季銨堿類，如四丙基氫氧化銨、四乙基氫氧化銨是合成ZSM-5分子篩最優(yōu)選的模板劑。季銨鹽陽(yáng)離子有很強(qiáng)的模板效應(yīng)，
7、能夠合成高硅鋁物質(zhì)的量比的ZSM-5晶體，且合成的ZSM-5分子篩結(jié)晶度高。但是季銨鹽價(jià)格昂貴，合成成本相對(duì)較高，同時(shí)產(chǎn)生的三廢較多，嚴(yán)重制約了ZSM-5沸石分子篩的工業(yè)化進(jìn)程。因此長(zhǎng)期以來(lái)改用便宜的模板劑或少用模板劑是分子篩合成方面的研究重點(diǎn)。SangShiyun等[5]分別以正丁胺、乙胺、異丙胺、乙二胺、乙醇、乙醇胺為單一模板劑來(lái)合成不同粒度的ZSM-5分子篩。其中分別以乙醇、乙醇胺為單一模板劑的方法合成的ZSM-5分子篩結(jié)晶度較低，且均在85%以下；而分別以乙胺、異丙胺、乙醇胺為單一模板劑的方法通過(guò)加入晶種來(lái)合成分子篩，其晶粒的大小
8、和形貌都要受到所加晶種類型的控制；而分別以正丁胺、乙二胺為單一模板劑而不加入任何晶種時(shí)，得到的ZSM-5分子篩的結(jié)晶度較高，分別達(dá)到了94.4%和100%，且粒徑也較大，分別約為25μm和40
