聚丙烯酰胺水凝胶中不同形貌ZSM-5分子筛的合成

发布时间：2017-11-06 22:33

  本文关键词：聚丙烯酰胺水凝胶中不同形貌ZSM-5分子筛的合成

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【摘要】：分子筛的形貌会影响其孔径结构、比表面积和酸性位点分布等,从而对其催化、吸附等性能产生很大影响。通过改变合成条件,如改变模板剂的种类或数量,改变合成凝胶的比例,改变反应体系的酸碱性,或加入有机无机添加剂等方法均可改变合成样品的形貌。分子筛的不同形貌一般是由于在结晶过程中具有不同表面能的不同晶面生长速度不同而形成的,添加剂的加入可通过改变晶面的相对表面能而影响分子筛的生长取向。本论文在ZSM-5合成凝胶中引入原位合成的聚丙烯酰胺(PAM),成功改变了合成样品的轴取向,明显提高了其MTO催化性能,延长了催化剂寿命;并详细考察了聚丙烯酰胺的种类、加入方法及合成条件等对ZSM-5分子筛合成及其形貌的影响。首先在原位合成的聚丙烯酰胺中成功制备了b轴取向的ZSM-5分子筛,考察了各种参数对合成的影响,确定最适宜的反应条件是:结晶温度为180℃,结晶时间为48 h,原位合成的聚丙烯酰胺体系中的单体、交联剂和引发剂的质量比为100:1:0.5。不加入聚丙烯酰胺得到传统型的交错生长椭球形的ZSM-5分子筛(Z-0),加入1%聚丙烯酰胺得到六棱柱型ZSM-5分子筛(Z-1),加入2%聚丙烯酰胺得到b轴取向细长条型ZSM-5分子筛(Z-2)。通过冷冻干燥不同反应时间的聚丙烯酰胺-ZSM-5分子筛合成凝胶,并进行红外分析,推测原位合成的聚丙烯酰胺中ZSM-5分子筛的形成机理为:反应原料先形成层状结构的ZSM-5分子筛凝胶,层状表面有大量的硅羟基,加入聚丙烯酰胺后,聚丙烯酰胺与这些硅羟基形成氢键,不利于层状结构表面硅羟基缩合反应的进行,导致晶体在c方向上的生长速率大于a、b方向上,最终生成了b轴取向细长条型ZSM-5分子筛。不同添加量聚丙烯酰胺中合成的三种形貌分子筛的弱酸量、总酸量大小排序均为:Z-0Z-1Z-2,且只有Z-2样品具有强酸位。与Z-0和Z-1相比,Z-2样品的MTO催化性能最好,甲醇转化率100%,低碳烯烃产率最高达81.19%,反应23 h转化率仍可达到100%,低碳烯烃转化率50.47%。这可能因为在MTO催化反应时,细长条型分子筛b轴直孔道更短更畅通,更有利于反应分子的扩散,抑制焦炭生成从而提高催化剂寿命。然后考察了聚丙烯酰胺的结构、加入方法及合成条件等对ZSM-5分子筛的合成的影响。直接加入市售的聚丙烯酰胺时合成的ZSM-5分子筛的结晶度下降,形貌不规则,合成效果不及在原位合成的聚丙烯酰胺中制备的产品。改变合成条件,直接加入聚丙烯酰胺,则发现提高温度或添加适量聚丙烯酰胺均可以促进ZSM-5分子筛规则形貌的形成。不添加聚丙烯酰胺时,提高温度可促进ZSM-5分子筛平板型的形成;添加0.1 g聚丙烯酰胺时,较低温度下得到传统型交错生长的椭球形样品,较高温度则得到传统型和六棱柱型的混合物。结果表明,加入聚丙烯酰胺后ZSM-5的合成凝胶可能被限制于其三维空间网络结构中,限制其c轴生长,使细长的平板型变为短粗型。
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36

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本文编号：1149694