zsm5堇青石整体式催化剂的合成与研究
ZSM-5分子筛是工业上广泛应用且具有很大前景的一种催化材料，与传统的微米级的分子筛相比，小晶粒的ZSM-5分子筛因具有高的外表面积和短的孔道结构而显示了独特的催化活性和选择性，被广泛地用作催化剂等新型功能材料。本文利用酸水解TEOS，以四丙基溴化铵(TPABr)为模板剂，成功地合成了ZSM-5分子筛，并用XRD对其进行了表征，证明实验合成的是ZSM-5分子筛。考察了各种条件对合成ZSM-5分子筛的影响，如晶化温度、硅铝比、硝酸铜的掺杂量，形成了最佳合成条件；同时探讨了堇青石上原位合成ZSM-5分子筛膜，考查了浸渍法和涂覆法对堇青石表面形成ZSM-5分子筛的影响；最后考查了硝酸铜掺杂的堇青石表面ZSM-5分子筛膜的合成，考查了晶化时间，不同的掺杂量对堇青石表面分子筛膜合成的影响，均成功地合成了ZSM-5分子筛，为合成用于汽车尾气催化的整体式催化剂奠定了基础。
目录
1、绪论 1
1.1 ZSM5分子筛概述 1
1.1.1 ZSM5分子筛的晶体结构 1
1.1.2 ZSM5分子筛的特点及应用 1
1.2 ZSM5分子筛膜概述 2
1.3 ZSM5分子筛膜的合成方法 2
1.3.1 原位水热合成法 2
1.3.2 二次生长法 3
1.4 ZSM5 分子筛膜合成的影响因素 3
1.4.1 载体的影响 3
1.4.2 模板剂的影响 4
1.4.3 温度的影响 5
1.4.4 铝含量的影响 5
1.5 整体式催化剂概况 5
1.5.1 整体式催化剂的结构 6
1.5.1.1 载体 6
1.5.1.2 涂层 6
1.5.1.3 活性组分 7
1.6 用于汽车尾气净化的整体式催化剂概况 7
1.7 本课题研究思路 8
2、实验部分 10
2.1 试剂及仪器 10
2.2 ZSM5分子筛的合成 10
2.2.1 HZSM5的合成 11
2.2.2 CuZSM分子筛的合成 11
2.3整体式催化剂的合成 11
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
2.3.1 ZSM5/堇青石整体式催化剂的合成 11
2.3.2 CuZSM5/堇青石整体式催化剂的合成 12
2.4 ZSM5负载量及牢固度测定 12
3、结果与讨论 12
3.1 不同晶化时间对ZSM5合成的影响 12
3.2 不同硅铝比对ZSM5合成的影响 13
3.3 不同浸渍方法对ZSM5/堇青石合成的影响 14
3.4 不同晶化时间对CuZSM5合成的影响 16
3.5 不同铜盐掺杂量对ZSM5合成的影响 16
3.6 不同晶化时间对ZSM5/堇青石整体式催化剂合成的影响 17
3.7 不同铜盐掺杂量对ZSM5/堇青石整体式催化剂合成的影响 18
3.8 ZSM5负载量及牢固度的影响测定 19
4、结论 20
参考文献 20
致谢 21
1、绪论
1.1 ZSM5分子筛概述
被称作“第二代沸石” [1]的ZSM5分子筛[2]是美国Mobil公司在1972年首度开发完成的。它是一种硅铝比很高的硅铝酸盐沸石分子筛，不仅在抗热稳定性、机械稳定性和酸稳定性方面有良好的表现，而且在抗水性和水蒸气稳定性[3]方面也有不错的表现。
1.1.1 ZSM5分子筛的晶体结构
ZSM5分子筛的框架结构单元中由一种新式的四面体连接，这个连接四面体由八个五元环构成。这些框架组织单元之间相互共用棱边[4]，这样连在一起就形成了链状结构，而且这些链状结构相互之间是面对称的关系，它们通过氧桥连在一起又形成了片状结构，片状结构之间又以二次螺旋轴的形式连在一起，形成了最后的三维框架[5]结构。
ZSM5分子筛分单斜晶体结构和正交晶体结构两种。通过煅烧或者离子交换等手段都可以改变ZSM5分子筛结构的对称性，其晶体结构会发生从正交到单斜的转变。但是ZSM5分子筛在吸附了苯和对二甲苯等分子后也会发生从单斜到正交的转变。
1.1.2 ZSM5分子筛的特点及应用
在ZSM5分子筛的晶体结构中有非常多的孔状通道，孔状通道内分布着许多可以移动的阳离子和水分子，在催化过程中由于它没有笼所以不容易出现积碳现象。正因为ZSM5分子筛的这种特殊的晶体结构体系，以及它灵活的水热合成要求，成为了最佳的择形催化材料。ZSM5分子筛是石油加工和石油化工中最重要的择形催化材料之一，它特殊的孔状通道结构对择形催化反应不仅有固定空间的功能，而且还有供反应物和产物出入的功能，为制出具有高催化活性、选择性以及很强抗积碳失活性的工业催化剂提供了晶体结构的基础。到目前为止，ZSM5分子筛已经被广泛的应用于炼油工业中，如异构、芳构、烷基化、柴油降凝、油品精制[6]等，而且在催化裂化过程中，可以明显改善汽油的质量，并且有效提高乙烯、丙烯等化工原料的产量。
以ZSM5分子筛为载体的催化剂也在石油工业中广泛使用。例如固定床催化裂化催化剂，柴油临氢降凝催化剂[7]。另外，将ZSM5分子筛添加到流动床催化裂化反应上FCC[8]的催化剂中，汽油的辛烷值和气体的烯烃含量都得到了提升，国内外ZSM5分子筛使用最多的就是添加到FCC催化剂中，而且硅铝比一般在在4050之间。
关于ZSM5分子筛的著名工艺[9]有：甲苯的歧化工艺（MTDP），润滑油的脱蜡工艺（MLDW），二甲苯异构化的工艺（MVPI），Mobil中馏分油的脱蜡工艺（MDDW），甲醇制汽油的工艺（MTG），轻质烃合成芳烃的Cyclar工艺（LPG BTX），MobilBadger合成乙苯的工艺等。
1.2 ZSM5分子筛膜概述
ZSM5分子筛膜是无机膜，它具有有机膜没有的应用条件。比如ZSM5分子筛膜有优良的抗热稳定性、机械稳定性和酸稳定性等。而ZSM5 分子筛膜的硅铝比可以调节，也使其有了非常很好的应用前景。结构组成中含有铝使得它具有了亲水性，分子筛膜具有亲水性因此可对溶液进行脱水或者浓缩；而高硅分子筛膜有足够强的憎水性，能够通过透醇或者有机物来从溶液中分离出有机物。同时ZSM5分子筛孔状通道的大小与常见物质的分子直径相近，因此它在物质分离方面具有很好的应用前景。另外，当ZSM5分子筛膜中含铝的时候，它会显酸性，因此可以用来进行有机物的催化反应，而且如果制成分子筛膜反应器，就可以将反应与提纯的过程结合在一起，使得反应与提纯的一体化，既能提高反应转化效率又能促进反应过程，所以 ZSM5 分子筛膜在催化方面有非常好的应用前景。
目录
1、绪论 1
1.1 ZSM5分子筛概述 1
1.1.1 ZSM5分子筛的晶体结构 1
1.1.2 ZSM5分子筛的特点及应用 1
1.2 ZSM5分子筛膜概述 2
1.3 ZSM5分子筛膜的合成方法 2
1.3.1 原位水热合成法 2
1.3.2 二次生长法 3
1.4 ZSM5 分子筛膜合成的影响因素 3
1.4.1 载体的影响 3
1.4.2 模板剂的影响 4
1.4.3 温度的影响 5
1.4.4 铝含量的影响 5
1.5 整体式催化剂概况 5
1.5.1 整体式催化剂的结构 6
1.5.1.1 载体 6
1.5.1.2 涂层 6
1.5.1.3 活性组分 7
1.6 用于汽车尾气净化的整体式催化剂概况 7
1.7 本课题研究思路 8
2、实验部分 10
2.1 试剂及仪器 10
2.2 ZSM5分子筛的合成 10
2.2.1 HZSM5的合成 11
2.2.2 CuZSM分子筛的合成 11
2.3整体式催化剂的合成 11
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
2.3.1 ZSM5/堇青石整体式催化剂的合成 11
2.3.2 CuZSM5/堇青石整体式催化剂的合成 12
2.4 ZSM5负载量及牢固度测定 12
3、结果与讨论 12
3.1 不同晶化时间对ZSM5合成的影响 12
3.2 不同硅铝比对ZSM5合成的影响 13
3.3 不同浸渍方法对ZSM5/堇青石合成的影响 14
3.4 不同晶化时间对CuZSM5合成的影响 16
3.5 不同铜盐掺杂量对ZSM5合成的影响 16
3.6 不同晶化时间对ZSM5/堇青石整体式催化剂合成的影响 17
3.7 不同铜盐掺杂量对ZSM5/堇青石整体式催化剂合成的影响 18
3.8 ZSM5负载量及牢固度的影响测定 19
4、结论 20
参考文献 20
致谢 21
1、绪论
1.1 ZSM5分子筛概述
被称作“第二代沸石” [1]的ZSM5分子筛[2]是美国Mobil公司在1972年首度开发完成的。它是一种硅铝比很高的硅铝酸盐沸石分子筛，不仅在抗热稳定性、机械稳定性和酸稳定性方面有良好的表现，而且在抗水性和水蒸气稳定性[3]方面也有不错的表现。
1.1.1 ZSM5分子筛的晶体结构
ZSM5分子筛的框架结构单元中由一种新式的四面体连接，这个连接四面体由八个五元环构成。这些框架组织单元之间相互共用棱边[4]，这样连在一起就形成了链状结构，而且这些链状结构相互之间是面对称的关系，它们通过氧桥连在一起又形成了片状结构，片状结构之间又以二次螺旋轴的形式连在一起，形成了最后的三维框架[5]结构。
ZSM5分子筛分单斜晶体结构和正交晶体结构两种。通过煅烧或者离子交换等手段都可以改变ZSM5分子筛结构的对称性，其晶体结构会发生从正交到单斜的转变。但是ZSM5分子筛在吸附了苯和对二甲苯等分子后也会发生从单斜到正交的转变。
1.1.2 ZSM5分子筛的特点及应用
在ZSM5分子筛的晶体结构中有非常多的孔状通道，孔状通道内分布着许多可以移动的阳离子和水分子，在催化过程中由于它没有笼所以不容易出现积碳现象。正因为ZSM5分子筛的这种特殊的晶体结构体系，以及它灵活的水热合成要求，成为了最佳的择形催化材料。ZSM5分子筛是石油加工和石油化工中最重要的择形催化材料之一，它特殊的孔状通道结构对择形催化反应不仅有固定空间的功能，而且还有供反应物和产物出入的功能，为制出具有高催化活性、选择性以及很强抗积碳失活性的工业催化剂提供了晶体结构的基础。到目前为止，ZSM5分子筛已经被广泛的应用于炼油工业中，如异构、芳构、烷基化、柴油降凝、油品精制[6]等，而且在催化裂化过程中，可以明显改善汽油的质量，并且有效提高乙烯、丙烯等化工原料的产量。
以ZSM5分子筛为载体的催化剂也在石油工业中广泛使用。例如固定床催化裂化催化剂，柴油临氢降凝催化剂[7]。另外，将ZSM5分子筛添加到流动床催化裂化反应上FCC[8]的催化剂中，汽油的辛烷值和气体的烯烃含量都得到了提升，国内外ZSM5分子筛使用最多的就是添加到FCC催化剂中，而且硅铝比一般在在4050之间。
关于ZSM5分子筛的著名工艺[9]有：甲苯的歧化工艺（MTDP），润滑油的脱蜡工艺（MLDW），二甲苯异构化的工艺（MVPI），Mobil中馏分油的脱蜡工艺（MDDW），甲醇制汽油的工艺（MTG），轻质烃合成芳烃的Cyclar工艺（LPG BTX），MobilBadger合成乙苯的工艺等。
1.2 ZSM5分子筛膜概述
ZSM5分子筛膜是无机膜，它具有有机膜没有的应用条件。比如ZSM5分子筛膜有优良的抗热稳定性、机械稳定性和酸稳定性等。而ZSM5 分子筛膜的硅铝比可以调节，也使其有了非常很好的应用前景。结构组成中含有铝使得它具有了亲水性，分子筛膜具有亲水性因此可对溶液进行脱水或者浓缩；而高硅分子筛膜有足够强的憎水性，能够通过透醇或者有机物来从溶液中分离出有机物。同时ZSM5分子筛孔状通道的大小与常见物质的分子直径相近，因此它在物质分离方面具有很好的应用前景。另外，当ZSM5分子筛膜中含铝的时候，它会显酸性，因此可以用来进行有机物的催化反应，而且如果制成分子筛膜反应器，就可以将反应与提纯的过程结合在一起，使得反应与提纯的一体化，既能提高反应转化效率又能促进反应过程，所以 ZSM5 分子筛膜在催化方面有非常好的应用前景。
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