ZSM-5分子篩合成及應(yīng)用研究進(jìn)展

1、ZSM-5分子篩主要合成及應(yīng)用摘要總結(jié)分析ZSM-5 分子篩主要合成方面的研究，其次介紹 ZSM-5 分子篩在石油化工-煉油工業(yè)中的應(yīng)用，最后對(duì) ZSM-5 分子篩的發(fā)展進(jìn)行展望。關(guān)鍵詞：ZSM-5 分子篩；合成；應(yīng)用ProgressinSynthesisandApplicationofZSM-5ZeoliteAbstract:ZSM-5zeoliteisazeolitemolecularsieve,ahighselectivityforaromaticsinthepetrochemicalindustry,whichhasgoodprospects.Thisarticlewillsummar

2、izethedevelopmentfortheofZSM-5zeolitessynthesisandapplicationandpredictitsfeature.Keywords:ZSM-5zeolite;synthesis;applicationZSM-5 沸石分子篩是由美國(guó) Mobile 公司于 1972 年首先開發(fā)出的一種具有獨(dú)特三維通道結(jié)構(gòu)和可選擇酸強(qiáng)度分布的五元環(huán)型沸石，該沸石分子篩具有熱穩(wěn)定性高和親油疏水的特性，大多數(shù)的孔徑為 0.55nm 左右，屬于中孔沸石。并且對(duì)于芳煌有較好的形狀選擇性。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

3、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1,因此，對(duì) ZSM-5 分子篩對(duì)于石油工業(yè)有著良好的應(yīng)用前景，對(duì)其的研究有著重要的實(shí)用價(jià)值。1.ZSM-5 沸石分子篩的特點(diǎn)：ZSMZeolitesSoconyMobil 的縮寫，ZSM-5 弗石分子篩則是 20 世紀(jì)七十年代美國(guó) Mobil 石油公司開發(fā)成功的一系列新型的高硅鋁比沸石分子篩中其中的一種。它有著獨(dú)特的交叉孔道結(jié)構(gòu)，都是 10 氧環(huán)組成，其直筒型孔道呈橢圓形，橫向孔道截面近

4、似于圓形，孔口尺寸稍有區(qū)別。一組為平行于單胞的 a 軸，呈“Z”字形具有近似于圓形的開孔，其尺寸為 0.54X0.56nm；另一組平行于單胞的 b 軸，為直通道，但為橢圓開口，其尺寸為0.51X0.57nm。ZSM-褐體屬于理想的斜方晶系，其結(jié)構(gòu)參數(shù)為 a=20.1,b=19.9,c=13.4。沸石分子篩按其尺寸的大小又可分為納米沸石分子篩和微米沸石分子篩，它們具有完全相同的孔道結(jié)構(gòu)（如圖 1-1）。但是微米 ZSM-5 分子篩的擇形催化技術(shù)存在局限性，主要是由于 ZSM-5 沸石分子篩孔道較長(zhǎng)，構(gòu)型擴(kuò)散阻力太大，導(dǎo)致內(nèi)表面的利用率較低，并且微米 ZSM-5 沸石分子篩抗積碳能力差，使得催化劑

5、本身在反應(yīng)過程中失活快，單程反應(yīng)周期短，不利于工業(yè)化應(yīng)用。7SM-5圖 1ZSM-5 分子篩孔道結(jié)構(gòu)示意圖1 1ZSM-5ZSM-5 分子篩的合成ZSM-5 分子篩的合成方法通常采用水熱合成法，隨著人們對(duì)于 ZSM-5 分子篩合成的深入研究，涌現(xiàn)了許多新的合成方法，但，水熱合成法也越來越完善。1.1 水熱法合成 ZSM-5 分子篩該方法的基本步驟：是將原料配成一定濃度的甲、乙兩種水溶液。甲溶液為水玻璃+導(dǎo)向劑+水；乙溶液為硫酸鋁+硫酸+水。在劇烈攪拌下，把乙溶液緩慢加入裝有甲溶液的容器中，有時(shí)再加入晶種（ZSM-5 晶粉或制備的半晶化物料），繼續(xù)攪拌直至形成均勻的凝膠。然后將凝膠放置合成釜中，

6、可以將混合物在低溫下陳化一定時(shí)間再升溫。在固定溫度下靜止晶化或攪拌晶化。晶化完成后，迅速冷卻、過濾、洗滌和烘干，即得鈉 ZSM-5 分子篩原粉3。因水熱合成法多需要使用有機(jī)導(dǎo)向劑，而成為綠色和可持續(xù)的合成方法的一大障礙。近年來，隨著研究的深入，傳統(tǒng)的水熱合成法也有所改進(jìn)，對(duì)合成條件的研究也相應(yīng)深入。顧文應(yīng)等4利用無模板劑水熱法合成 ZSM-5 沸石。其方法是以硫酸+硫酸鋁+水為 A 溶液，水玻璃+水為 B 溶液，無導(dǎo)向劑，加料完畢后加入晶種，連續(xù)攪拌 1-2h 得到凝膠。并考察了晶化溫度、老化時(shí)間、堿度以及晶種量對(duì)于合成的影響。FPan 等使用煨燒煤系高嶺石，無有機(jī)模板劑條件下，合成含 Si、

7、Al 的 ZSM-5 沸石，并考察了諸如球磨時(shí)間、H2O/SQ2、NaOH/SiO2的影響。此外還進(jìn)行了 170-190C 下結(jié)晶動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)，給出了結(jié)晶時(shí)間 6-96h 的結(jié)晶曲線。所得到的樣品進(jìn)行表征通過粉末 X-射線衍射（XRD）和掃描電子顯微鏡（SEM）。結(jié)果表明，ZSM-5 具有優(yōu)異的結(jié)晶性可以通過無有機(jī)模板來獲得。此外，機(jī)械處理和合成條件可能顯著影響結(jié)晶度和純度。根據(jù) Arrhenius方程，表觀激活能誘導(dǎo)和增長(zhǎng)分別為 78.3 和 68.5 千焦/摩爾。QYu 等在晶種中混入 ZSM-11 協(xié)助參與結(jié)晶過程， 在無有機(jī)導(dǎo)向劑作用下， 更快速的得到 ZSM-5沸石分子篩，結(jié)晶時(shí)間為

8、12-16 小時(shí)。用該種方法制備的分子篩，用于甲醇制烯煌反應(yīng)中具有高選擇性和低的失活速率。結(jié)束語:ZSM-5ZSM-5 分子篩具有獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)，同時(shí)具有 10MR10MR 的孔道,已經(jīng)在許多領(lǐng)域顯示出優(yōu)良的性能，是一實(shí)用型的分子篩材料,但隨著可持續(xù)社會(huì)發(fā)展的需求的增加，現(xiàn)有的 ZSM-5ZSM-5 分子篩的應(yīng)用能力已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足社會(huì)發(fā)展的需求，這就需要在加強(qiáng) ZSM-5ZSM-5分子篩的合成和應(yīng)用研究的同時(shí)還要挖掘其潛在的應(yīng)用能力，從應(yīng)用的角度進(jìn)行高性能的，多功能分子篩的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，優(yōu)化工藝參數(shù)，擴(kuò)展其使用范圍，這將是對(duì) ZSM-5ZSM-5 分子篩最好的前景展望。1王義，李旭光，薛志元，李全

9、芝.多孔分子篩材料的合成J.化學(xué)進(jìn)展,2010,Z1:322-330.2慕旭宏，王殿中，王永睿，林民，程時(shí)標(biāo)，舒興田.納米分子篩在煉油和石油化工中的應(yīng)用J.催化學(xué)報(bào)，2013,01:69-79.參考文獻(xiàn).任瑞霞，劉姝，宋雯雯，劉海蓮.ZSM-5 分子篩的合成與應(yīng)用J.化工科技,2011,01:55-60.馮會(huì).含 ZSM-5 新型催化材料的合成表征與評(píng)價(jià)D.中國(guó)石油大學(xué),2009.高雄厚，張永明，唐榮榮.ZSM-5 沸石合成技術(shù)的進(jìn)展(一)J.催化裂化，1997,16(21),43-47.顧文應(yīng).無模板劑水熱法合成 ZSM-5 沸石的研究D.大連理工大學(xué),2010.F.Pan.Synthesi

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