高嶺土上原位晶化沸石分子篩ZSM-5的分析

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1、鄭重聲明本人的學(xué)位論文是在導(dǎo)師指導(dǎo)下獨(dú)立撰寫并完成的，學(xué)位論文沒(méi)有剽竊、抄襲等違反學(xué)術(shù)道德、學(xué)術(shù)規(guī)范的侵權(quán)行為，否則，本人愿意承擔(dān)由此產(chǎn)生的一切法律責(zé)任和法律后果，特此鄭重聲明。學(xué)位論文作者‘簽名)．張丹丹2和6年眄月巧日卻地^、學(xué)強(qiáng)扎學(xué)垃論文第一章文獻(xiàn)綜述及選題1．1沸石分子篩。1．1．1前言在自然界中存在的硅酸鹽類礦物，有一類是網(wǎng)硅酸鹽類。其中的某些礦物在灼燒時(shí)，由于晶體內(nèi)部的水被趕出。產(chǎn)生類似起泡沸騰的現(xiàn)象，故稱為沸石。一般的沸石分子篩是以硅氧四面體和鋁氧四面體為基本結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成規(guī)則孔道和籠體系的陰離子骨架硅鋁酸鹽。由于其具有比表面積大、水熱穩(wěn)定性高、微孔豐富均一和

2、表面性質(zhì)可調(diào)等優(yōu)越性能而被廣泛地應(yīng)用于催化、吸附、離子交換和新型功能材料等領(lǐng)域。目前沸石分子篩在石油煉制、石油化工、化學(xué)工業(yè)、冶金工業(yè)、電子工業(yè)、國(guó)防工業(yè)、醫(yī)藥、輕工業(yè)、農(nóng)藥、環(huán)保等部門以及現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)研究中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。納米分子篩是指尺寸在lnm到100nm之間的分子篩，它屬于無(wú)機(jī)非金屬納米材料。除在石油裂化催化中扮演重要角色外，在其它領(lǐng)域如吸附、分離等也有長(zhǎng)足的發(fā)展，同時(shí)由于其納米粒子特有的量子尺寸效應(yīng)，沸石分子篩又步入了光電材料的行列。1．1．2沸石分子篩的結(jié)構(gòu)構(gòu)成硅鋁沸石分子篩骨架的最基本結(jié)構(gòu)單元是硅氧四面體(Si04)和鋁氧四面體(A104)，在磷酸鋁分子篩中

3、，則為磷氧四面體(P04)．這些四面體是構(gòu)成沸石的最基本結(jié)構(gòu)單元，它們之間通過(guò)氧橋相互連接構(gòu)成各種形式的環(huán)，如四元環(huán)、六元環(huán)、八元環(huán)等。這些多元環(huán)進(jìn)行排列組合便構(gòu)成了沸石的骨架結(jié)構(gòu)，在這個(gè)結(jié)構(gòu)中，有效體積最大的晶穴稱為該類沸石的主晶穴，以方鈉石為例，它的主晶穴為p籠，由六元環(huán)和四元環(huán)組成。這些多元環(huán)都可看作分子篩的晶孔，它是晶穴與外部或與其它晶穴相通的部位。主晶穴與主晶穴之間相通的部位，是圍成主晶穴的最大多元環(huán)，稱為主晶孔，方鈉石的主晶孔為六元環(huán)。各種離子及流體分子能否進(jìn)入沸石晶體的內(nèi)部，是由主晶孔的有效孔徑來(lái)決定的，孔道窗口一般是6～12元環(huán)，孔徑在O．3～1．Om。分

4、子篩孔道體系可以是一維、塑型蘭絲．!絲查蘭一一一二維、三維，也可以形成籠狀結(jié)構(gòu)。在沸石的晶穴和晶孔中，有金屬陽(yáng)離子和水存在，所有的陽(yáng)離子都占據(jù)在一定的位置，其周圍有一定數(shù)量的水分子配位，同時(shí)陽(yáng)離子還與沸石骨架上的氧原子也結(jié)合著，它可被其它陽(yáng)離子交換，交換后沸石的孔徑發(fā)生變化。沸石中的水以氫鍵與骨架氧結(jié)合，在大晶穴沸石中，除緊鄰骨架氧原子的水以外，都沒(méi)有固定的位置。沸石的化學(xué)組成可以表示為：【M2(I)，M(II)】O‘A1203’nSi02-mH20其中M2(I)和M(II)分別表示一價(jià)和二價(jià)的金屬離子，n表示沸石的硅鋁比，范圍：n～m，m表示沸石所含結(jié)晶水的數(shù)量。1．1

5、．3沸石分子篩的性質(zhì)沸石分子篩由于其獨(dú)特規(guī)整的晶體結(jié)構(gòu)決定了它具有獨(dú)特的擇形吸附選擇性和擇形催化選擇性以及特殊的離子交換選擇性。沸石晶體內(nèi)的強(qiáng)大庫(kù)侖場(chǎng)和極性作用以及高的酸性，形成了沸石強(qiáng)的吸附能力和高效的碳離子型催化活性。1．1．3：1沸石分子篩的物理性質(zhì)孔徑：沸石具有大量均勻微孔，孔徑與一般物質(zhì)的分子大小的數(shù)量級(jí)相當(dāng)。沸石的孔徑是非常均勻的t．，．晶穴體積：占總體積的40％～50％。表面積：沸石具有很大的表面積，這些表面積主要存在于晶穴內(nèi)部，外表面占總的表面積的1％左右。當(dāng)沸石尺寸降到納米級(jí)時(shí)，沸石的晶間孔在總的孔道中占很大比重，其孔徑大于沸石內(nèi)部孔道，所以納米沸石的表

6、面積很大比例是由晶間孔提供的。密度：含水沸石的密度范圍一般為20～23克／毫升，沸石的密度與沸石的結(jié)構(gòu)和陽(yáng)離子有關(guān)，隨陽(yáng)離子的分子量增加而增加。比熱：合成沸石的平均比熱為O．2J僭‘℃。穩(wěn)定性：在600～70∥c的溫度下晶體結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化，可在高溫下使用：但當(dāng)粒徑降到納米級(jí)時(shí)，其水熱穩(wěn)定性降低；若分子篩的si，Al比提高，則分子篩的水熱穩(wěn)定性能提高。電導(dǎo)性：沸石呈現(xiàn)出一種離子型的電導(dǎo)性，這是由于陽(yáng)離子通過(guò)孔道移動(dòng)所致。一般來(lái)說(shuō)，沸石晶體的電導(dǎo)活化能和電導(dǎo)率較其它晶體的大。卻蚋凡學(xué)硬}。學(xué)位論x1．1．3．2沸石分子篩的化學(xué)性質(zhì)(1)離子交換性質(zhì)沸石與某種金屬鹽的水溶液相接

7、觸時(shí)，溶液中的金屬陽(yáng)離子可以進(jìn)入沸石中，而沸石中的陽(yáng)離子可被交換下來(lái)進(jìn)入溶液中。這種離子交換過(guò)程可用下面通式表示：A+z一+B+一B+Z‘+A+，式中z為沸石的陰離子骨架，A+為交換前沸石中含有的陽(yáng)離子，B+為水溶液中金屬陽(yáng)離子。(2)吸附性質(zhì)由于沸石晶穴內(nèi)部有強(qiáng)大的庫(kù)侖場(chǎng)和極性作用，而晶穴又不會(huì)寬到使流體分子能夠避免晶格中場(chǎng)的作用，所以脫水沸石中，使氣體液化的趨勢(shì)更為增強(qiáng)。因此，沸石作為吸附劑不僅具有篩分分子的作用，而且和其它類型吸附劑相比，即使在較高的溫度較低吸附質(zhì)分壓下，仍有較高的吸附性。(3)催化性質(zhì)陰離子骨架結(jié)構(gòu)與催