微波加热凹土快速直接合成zsm5沸石的研究(附件)
ZSM-5沸石独特的孔径尺寸和孔道结构、极好的热稳定性以及酸性可调性能而被广泛的应用在化工等领域。寻找快速制备ZSM-5沸石的方法是本领域的研究热点之一。本论文将凹土与模板剂、矿化剂混合后在固相条件下通过微波加热快速直接转化为ZSM-5沸石，研究原料配比、加热时间等对ZSM-5沸石形成的影响，探讨ZSM-5形成的机理。酸化凹土在一定的条件下通过微波加热可以合成ZSM-5沸石。ZSM-5沸石的结晶度随着加热时间的增加先增加后减少，当加热时间超过20min时ZSM-5沸石的结晶度开始降低；ZSM-5沸石的结晶度随着用碱量的增加先增加后减少，当用碱量超过0.4g时ZSM-5沸石的结晶度开始降低；ZSM-5沸石的结晶度随着加水量的增加先增加后减少，当加水量超过0.4ml时ZSM-5沸石的结晶度开始降低。关键词 凹土，ZSM-5沸石，微波加热
目录
1 引言 1
1.1 沸石的基本结构和性能 1
1.2 ZSM5沸石 2
1.3 无溶剂法 5
1.4 微波加热的研究进展 6
1.5 本项目研究的目的和意义 7
2 实验部分 8
2.1 实验原料和仪器 8
2.2 实验步骤 9
3 结果与讨论 9
3.1 酸化凹土的制备及表征 9
3.2 微波合成方法对ZSM5制备的影响 11
结 论 18
致 谢 19
参 考 文 献 20
1 引言
最早的沸石是从自然界中的混合物中衍生出来的。20世纪60年代初，合成沸石分子筛初次问世。沸石分子筛以其特有的孔道结构、较高的水热稳定性而在催化、离子交换等领域起着至关重要的作用。?传统的无定形催化剂合成复杂，成本高，因而相比较下在诸多方面更优异性能的沸石分子筛得到了越来越多的关注，人们也愈发重视新型沸石分子筛的合成，绿色简便高效的合成工艺的研究工作一直在继续。因此，沸石分子筛被广泛应用于吸附剂、离子交换剂、新功能材料和催化剂等研发制造中。现如今，沸石分子筛种类里应用最广泛的当属ZSM5沸石。?在本文中，?我们主要描述将凹土与模板剂、矿化剂混合后在固相条件下通过微波加 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
热快速直接转化为ZSM5沸石[1]。
1.1 沸石的基本结构和性能
沸石是一种硅铝酸盐矿物类，对其进行加热时会出现类似于液体沸腾的膨胀现象，最初是在1756年被瑞典科学家发现[2]。沸石的种类繁多，1948年Barrer [3] 开创了人工合成沸石的历史先河，直至今天，人工合成沸石已多达167种，在众多人工合成沸石中阳离子交换能力最强的当属4A沸石，它和洗涤助剂磷酸盐的结构类似，几乎可以完全代替。此外，3A和5A沸石是由4A型沸石与KCl或者CaCl2进行等离子换置制备而成。所得到的产品具有较强的吸附性性能，4A沸石在化工领域应用最为广泛，产量在所有沸石分子筛种类里也是最多的。4A沸石分子筛在合成过程中需要加入适量的AlNaO2 以便于调节酸化凹土中的硅铝比，这样才能够原位合成得到4A沸石。现在得到的沸石纯度不是很高，如果想要得到高纯度的4A沸石[5]需要将产物经过煅烧后再和AlNaO2 溶液充分混合。另外一种合成方法的原材料是硅藻土[6]，要先对其进行煅烧，破坏硅藻土的内部结构而得到无定型相，然后加入盐酸除去杂质Fe离子，硅铝比通过加入Al(OH)3来调节，最后就得到了4A沸石分子筛[7]。若将铝源换成Al(SO4)3然后加入到氢氧化钠和斜发沸石的混合溶液中也能够得到4A沸石。在催化领域中，能够被广泛应用在催化领域且具有较强酸性的FAU型沸石当属Y型沸石。如果想要低成本合成Y型沸石可以将混合物中的硅铝比值调整成Y型沸石的硅铝比，要通过复配的方法才可以实现，这种合成方式主要是因为粘土混合物中硅与铝的含量存在差值。以海泡石为基质，由高岭土与海泡石、硅藻土（高硅黏土矿物）混合制备得到的Y型沸石[8，9]，可以有效提升催化剂抗重金属能力，同时提高催化剂比表面积、孔径等性质，显示出其优良的催化性能。而300℃煅烧处理由酸化后的膨润土、碱液和铝酸钠混合的混合物也可获得Y型沸石[10]。FAU型沸石还有一类非常重要的微孔硅铝沸石—X型沸石，由于X型沸石的硅含量较低，使其在SiO2/Al2O3上与Y型沸石相区别。X型沸石因其良好的吸附性能而被广泛应用于气体分离净化和石油加工业等领域。
1.2 ZSM5沸石
扩散性能、酸性能和择形催化性能是沸石类催化材料的重要特性。七十年代后期，因为中孔系列沸石的问世而使得择形催化的研究进入了高潮时期[11]。ZSM5、ZSM11、ZSM22（Theta1）等属于Mobil中孔沸石[12]系列。研究表明，具有理想的耐酸、耐热及水热稳定性等特征的中孔沸石是由较高的SiO2/Al2O3比组合而成，而它们所具有的均匀的孔道体系是由其独特的晶体结构决定的。在中孔沸石系列中，ZSM5沸石作为择形催化的首选原料，主要是由于它奇特的孔道结构和良好的水热稳定性。通过对结构的研究发现，ZSM5沸石的三维交叉通道系统由一个平行于单细胞A轴的Z形圆形通道（孔约0.54～0.56nm）和单细胞B轴的椭圆形直通道（孔的开口约为0.52～0.8nm）组成。ZSM5沸石独特的孔结构为反应物和产物提供了便捷的进出通道，同时也限定了择形催化的空间。集选择性高、活性高、抗积炭失活性能强于一体的工业催化剂也因此有了结构基础。
1.2.1 ZSM5沸石的合成方法
在模拟天然沸石矿物的生长条件下并采用水热合成法合成了最早的沸石。随着ZSM5沸石应用领域的不断拓展，人们对其结构和性能也有了更高的要求，因此愈来愈便捷的合成方法被发现，概括起来主要有以下几种：
（1）水热合成法
水热合成法是最常用的方法之一，晶化介质为水，在合成过程中，要求按照一定的比例以及加入次序，将硅源、铝源、模板剂和水混合成凝胶，然后转移到用聚四氟乙烯衬套密封的不锈钢反应器中。在温度恒定的条件下进行结晶反应，设置适宜的反应时间，取出后先进行冷却，然后洗涤、过滤，最后得到沸石粉。
非水体系合成法
目录
1 引言 1
1.1 沸石的基本结构和性能 1
1.2 ZSM5沸石 2
1.3 无溶剂法 5
1.4 微波加热的研究进展 6
1.5 本项目研究的目的和意义 7
2 实验部分 8
2.1 实验原料和仪器 8
2.2 实验步骤 9
3 结果与讨论 9
3.1 酸化凹土的制备及表征 9
3.2 微波合成方法对ZSM5制备的影响 11
结 论 18
致 谢 19
参 考 文 献 20
1 引言
最早的沸石是从自然界中的混合物中衍生出来的。20世纪60年代初，合成沸石分子筛初次问世。沸石分子筛以其特有的孔道结构、较高的水热稳定性而在催化、离子交换等领域起着至关重要的作用。?传统的无定形催化剂合成复杂，成本高，因而相比较下在诸多方面更优异性能的沸石分子筛得到了越来越多的关注，人们也愈发重视新型沸石分子筛的合成，绿色简便高效的合成工艺的研究工作一直在继续。因此，沸石分子筛被广泛应用于吸附剂、离子交换剂、新功能材料和催化剂等研发制造中。现如今，沸石分子筛种类里应用最广泛的当属ZSM5沸石。?在本文中，?我们主要描述将凹土与模板剂、矿化剂混合后在固相条件下通过微波加 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
热快速直接转化为ZSM5沸石[1]。
1.1 沸石的基本结构和性能
沸石是一种硅铝酸盐矿物类，对其进行加热时会出现类似于液体沸腾的膨胀现象，最初是在1756年被瑞典科学家发现[2]。沸石的种类繁多，1948年Barrer [3] 开创了人工合成沸石的历史先河，直至今天，人工合成沸石已多达167种，在众多人工合成沸石中阳离子交换能力最强的当属4A沸石，它和洗涤助剂磷酸盐的结构类似，几乎可以完全代替。此外，3A和5A沸石是由4A型沸石与KCl或者CaCl2进行等离子换置制备而成。所得到的产品具有较强的吸附性性能，4A沸石在化工领域应用最为广泛，产量在所有沸石分子筛种类里也是最多的。4A沸石分子筛在合成过程中需要加入适量的AlNaO2 以便于调节酸化凹土中的硅铝比，这样才能够原位合成得到4A沸石。现在得到的沸石纯度不是很高，如果想要得到高纯度的4A沸石[5]需要将产物经过煅烧后再和AlNaO2 溶液充分混合。另外一种合成方法的原材料是硅藻土[6]，要先对其进行煅烧，破坏硅藻土的内部结构而得到无定型相，然后加入盐酸除去杂质Fe离子，硅铝比通过加入Al(OH)3来调节，最后就得到了4A沸石分子筛[7]。若将铝源换成Al(SO4)3然后加入到氢氧化钠和斜发沸石的混合溶液中也能够得到4A沸石。在催化领域中，能够被广泛应用在催化领域且具有较强酸性的FAU型沸石当属Y型沸石。如果想要低成本合成Y型沸石可以将混合物中的硅铝比值调整成Y型沸石的硅铝比，要通过复配的方法才可以实现，这种合成方式主要是因为粘土混合物中硅与铝的含量存在差值。以海泡石为基质，由高岭土与海泡石、硅藻土（高硅黏土矿物）混合制备得到的Y型沸石[8，9]，可以有效提升催化剂抗重金属能力，同时提高催化剂比表面积、孔径等性质，显示出其优良的催化性能。而300℃煅烧处理由酸化后的膨润土、碱液和铝酸钠混合的混合物也可获得Y型沸石[10]。FAU型沸石还有一类非常重要的微孔硅铝沸石—X型沸石，由于X型沸石的硅含量较低，使其在SiO2/Al2O3上与Y型沸石相区别。X型沸石因其良好的吸附性能而被广泛应用于气体分离净化和石油加工业等领域。
1.2 ZSM5沸石
扩散性能、酸性能和择形催化性能是沸石类催化材料的重要特性。七十年代后期，因为中孔系列沸石的问世而使得择形催化的研究进入了高潮时期[11]。ZSM5、ZSM11、ZSM22（Theta1）等属于Mobil中孔沸石[12]系列。研究表明，具有理想的耐酸、耐热及水热稳定性等特征的中孔沸石是由较高的SiO2/Al2O3比组合而成，而它们所具有的均匀的孔道体系是由其独特的晶体结构决定的。在中孔沸石系列中，ZSM5沸石作为择形催化的首选原料，主要是由于它奇特的孔道结构和良好的水热稳定性。通过对结构的研究发现，ZSM5沸石的三维交叉通道系统由一个平行于单细胞A轴的Z形圆形通道（孔约0.54～0.56nm）和单细胞B轴的椭圆形直通道（孔的开口约为0.52～0.8nm）组成。ZSM5沸石独特的孔结构为反应物和产物提供了便捷的进出通道，同时也限定了择形催化的空间。集选择性高、活性高、抗积炭失活性能强于一体的工业催化剂也因此有了结构基础。
1.2.1 ZSM5沸石的合成方法
在模拟天然沸石矿物的生长条件下并采用水热合成法合成了最早的沸石。随着ZSM5沸石应用领域的不断拓展，人们对其结构和性能也有了更高的要求，因此愈来愈便捷的合成方法被发现，概括起来主要有以下几种：
（1）水热合成法
水热合成法是最常用的方法之一，晶化介质为水，在合成过程中，要求按照一定的比例以及加入次序，将硅源、铝源、模板剂和水混合成凝胶，然后转移到用聚四氟乙烯衬套密封的不锈钢反应器中。在温度恒定的条件下进行结晶反应，设置适宜的反应时间，取出后先进行冷却，然后洗涤、过滤，最后得到沸石粉。
非水体系合成法
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