绿色、低成本合成ZSM-5沸石分子筛的研究

发布时间：2020-06-18 05:05

【摘要】：ZSM-5分子筛具有独特的孔道结构和优异的水热稳定性,因而在石油化工、环境保护、精细化工等多个不同的领域得到广泛的应用。考虑到日益严格的环保要求、工业实际生产的便利性以及经济效益等因素,本论文提出了绿色、低成本合成ZSM-5分子筛的方法。1.一般情况下,合成分子筛需要添加模板剂,但模板剂犹如一把双刃剑,在辅助分子筛合成的同时,会带来一些负面影响。尽管很多文献讨论了无胺法ZSM-5的合成,但无胺法合成过程中容易有杂晶相存在,合成相区很窄,因此,需对无模板条件下ZSM-5的合成进行系统研究,为工业生产提供切实可行的数据基础。本论文考察了两种不同硅胶对ZSM-5合成的影响,然后探究了晶化时间、碱度等因素对ZSM-5分子筛合成的影响,并在此基础上进行了放大研究,主要研究内容如下:(1)硅胶的性质会影响分子筛的合成,本文探究了白沙河和源祥两种不同的硅胶对ZSM-5合成的影响,在Na_2O/SiO_2=0.05~0.07时,源祥硅胶制备的样品六方棱柱明显,结晶度较高,但SEM结果发现产物中存在少量丝光沸石,而用白沙河硅胶可得到纯相的ZSM-5。因此,我们选取白沙河硅胶作硅源。(2)晶化时间是影响产物结晶度和晶相的两个关键因素。晶化时间太短(10~15h),产物结晶度较低;时间太长(23~32 h),则容易发生转晶。(3)无模板剂体系ZSM-5合成的中试放大研究结果表明,当SiO_2/Al_2O_3=56,Na_2O/SiO_2=0.09~0.11时,结晶度最高只有72.60%,SEM结果表明,所制备样品晶化不完全,表面附有絮状物(无定型)。降低投料硅铝比至47.62时,ZSM-5产物的相对结晶度提高至90.40%,形貌为规整的产物六方棱柱形。在此条件下进行100 L放大时,所合成ZSM-5产物的结晶度为91.2%。2.由于硅胶生产工艺中不仅消耗大量的水同时会产生大量的废水,随着日益严格的环保要求,一些环保不达标的工厂关闭,导致硅胶产品紧俏,供不应求,且产品性能不稳定,而沉淀法生产白炭黑工艺稳定,且在国内产量较大,因此,我们考虑用白炭黑替代硅胶制备ZSM-5分子筛。本论文用白炭黑作硅源,系统考察了碱度、模板剂含量对ZSM-5分子筛合成的影响,同时进行了工业放大实验研究。主要研究内容如下:(1)模板剂对所合成ZSM-5的形貌影响较大。本文研究了正丁胺(ZDA)为模板剂时,其含量对ZSM-5分子筛合成的影响,当ZDA/SiO_2=0.11时,所制备产物的形貌是规整的圆形,分散均一,当ZDA/SiO_2=0.14~0.20时,所合成的产物聚集严重。(2)体系碱度对所合成ZSM-5产品的形貌影响较大:当Na_2O/SiO_2比分别为0.06和0.13时,从SEM图看出样品粒径大小不均一,有堆积现象;在Na_2O/SiO_2=0.08~0.12范围内,样品形貌规整。(3)对ZSM-5合成的中试放大进行了研究,结果表明:在1 L釜中合成时,发现反应釜的转速对制备分子筛样品的形貌有影响,转速为200 rpm时,生成的产物比较团簇,形貌不规则。提高转速至300 rpm时,制备的样品分散度高,六方棱柱形貌明显,而且可以抑制挂壁现象的产生。
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ424.25
【图文】：

面体,工业催化,基本结构单元,生活中

50 nm 之间）及大孔分子筛征是具有有序而均匀的孔道性能，因而在生活中诸多不护等工业催化领域[1-3]。盐，它是沸石族矿物的总称O2)q].yH2O，式中，A 代表阳、q 分别代表组成晶胞基本结质结构单元（最基本结构单元

面体,平面结构,基本结构单元,硅铝酸盐

筛的定义筛属于硅铝酸盐，它是沸石族矿物的总称，是一种多孔x/n[(AlO2)p(SiO2)q].yH2O，式中，A 代表阳离子，n 代表l 原子个数，p、q 分别代表组成晶胞基本结构单元四面。筛的结构和性质筛的初级结构结构单元（最基本结构单元）是由三维[S图 1.1（a）硅（铝）氧四面体Figure 1 (a) silicon (aluminum) oxygen tetrahedron

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