绿色功能化ZSM-5分子筛的合成与应用
发布时间：2021-06-23 07:12
本论文主要为了合成出功能化ZSM-5分子筛以及利用绿色无污染的方法合成ZSM-5分子筛。其中将高岭土有机插层复合物添加至原位水热体系中成功合成出吸附功能较强的ZSM-5分子筛,并应用于废水中重金属六价铬的吸附;通过原位无溶剂法在不添加有机模板剂和水溶剂的基础上成功合成出ZSM-5分子筛,探索了该方法的最佳晶化条件,利用该分子筛制备出增产轻烯烃助剂并进行催化性能评价。本论文的工作主要有以下几方面:（1）在合成功能化ZSM-5分子筛的研究中,通过考察高岭土/二甲基亚砜插层物和高岭土/尿素插层复合物的插层率和脱嵌规律及其加入原位合成沸石分子筛体系中的影响。结果表明,在原位水热体系中引入6wt%的高岭土/二甲基亚砜插层复合物（插层率为84%）合成的ZSM-5分子筛结晶度最佳可达到64%,比未改性的ZSM-5分子筛的结晶度增加了22%单位量。该ZSM-5分子筛具有较好的热稳定性,粒径为3.9μm,孔径为10.3nm,BET比表面积为231m2/g-1;在原位体系中引入3wt%的高岭土/尿素插层复合物（插层率为22%）合成的ZSM-5分子筛结晶度为65%...
【文章来源】：湖南理工学院湖南省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
ZSM-5分子筛的孔道结构示意图
可以最大化利用现有资源，降低成本，还提高了分子筛的催化性能。（2）在合成路径中，选择无溶剂的合成方法或是避免有机模板剂的使用，既减少环境污染，还增加生产安全系数。1.4.1沸石分子筛合成原料绿色化传统方法合成分子筛主要原料为化工原料，例如氢氧化钠、氢氧化铝、水玻璃、硅酸钠、硅胶、白炭黑、铝酸钠、三异丙醇铝、硝酸铝、金属铝等。但存在成本较高、污染严重等缺点。目前，国内外对于天然矿物合成分子筛的研究也逐渐增多。天然矿物分类较多，合成分子筛主要采用高硅高铝的粘土类矿物和火山玻璃类矿物等，（如图1-2所示）如：高岭石、莫来石、膨润土、珍珠岩、浮岩、煤研石、粉煤灰、硅藻土、高硅类矿物及铝土矿等。通过天然矿物合成分子筛具有价格低廉、资源优化及无污染等优点，但也有杂志过多的缺点，因此需要对天然矿物预处理活化后再进行合成。图1-2天然矿物图(1)莫来石(2)珍珠岩(3)高岭土原矿(4)硅藻土原矿1.4.1.1高岭土合成ZSM-5分子筛高岭土是一种资源丰富应用广泛天然矿物，中国从古代开始就已经使用高岭土制作了陶瓷等容器。目前，经过现代分析得出高岭土的理论成分为60Wt%的SiO2、26Wt%的A12O3以及其余钙铁等元素；化学简式为：A12O3·2SiO2·H2O。由此可以看出，高岭土是合成分子筛的天然的硅铝源。因此，国内外学者研究了高岭土合成不同类型的分子筛。在合成低硅分子筛方面，Loiola等[68]通过高温活化后的高岭土为原料成功合成出拥有优异水软化性能的NaA分子筛；Melo等[69]通过高温活化后的高岭土为原料合成出A型分子筛，该分子筛对砷具有较高的吸附能力；Wang等[70]利用碱处理后高岭土为原料合成出了A型分子筛；Ma等[71]将高岭土在高温碱熔活化后合成了13X分子筛；
湖南理工学院硕士学位论文第1章绪论20无溶剂法无疑是最符合新时代绿色化生产的，但是目前对此研究的还处于探讨阶段，关于无溶剂法的固相机理理论还处在讨论中。因此，无溶剂法值得继续关注和研究。图1-3无溶剂法流程图1.5课题意义及主要研究内容ZSM-5分子筛从发展至今，其合成机理、反应方式等已被广泛研究，并且也应用于化工、炼油、环保、生物等多种行业。但是，传统的合成方式存在的生产成本高、浪费污染等缺点也不容忽视。高岭土有物化特性优异、储备含量丰富、成本低廉环保等优点是目前利用原位法工业化生产ZSM-5分子筛的最佳硅铝天然矿物。因此，本课题将以高岭土为原料，在原位水热合成体系种引入高岭土有机插层物，旨在合成出功能化的分子筛，探索ZSM-5分子筛的应用新方向，以分子筛材料的制备科学和应用基础研究为突破口，提出合成功能化分子筛材料的新技术、新方法和新路线，为定向设计合成功能化分子筛提供一定的理论与应用指导。以及开发出绿色环保价廉高效的新型无溶剂合成ZSM-5分子筛的方法，论证ZSM-5分子筛固相合成机理，并为在工业上具有重要需求的ZSM-5沸石分子筛材料的高效、节能和绿色的合成开辟新路径。以下为主要研究内容：（1）在合成功能化ZSM-5分子筛的研究中，主要探究了尿素/高岭土插层复合物和二甲基亚砜/高岭土插层物的设计及其加入原位合成沸石分子筛体系的规律性及功能化应用方面的探究。通过对物料配比、反应时间、反应温度等工艺参数对高岭土有机插层物的插层率及脱嵌规律进行了详细的考察和研究。通过XRD，FT-IR，TG-DTA，N2静态吸附法和SEM表征表明高岭土有机插层物不同加入量对ZSM-5分子筛结晶度及孔结构的影响。并探究改性后的功能化ZSM-5分子筛在环保方面吸附六价铬的应用。（2）在绿色化合成ZSM
【参考文献】：
期刊论文
[1]晶种导向下干胶法合成ZSM-5分子筛[J]. 陈艳红,崔红霞,韩东敏,张强,李春义. 无机化学学报. 2018(03)
[2]氨基化碳化凹凸棒石的水热制备及对水中Cr（Ⅵ）的吸附性能[J]. 王诗生,盛广宏,宋西珍,王萍,于冬冬,练建军. 硅酸盐学报. 2018(05)
[3]ZSM-5分子筛对含铬废水中Cr（Ⅲ）的吸附行为研究[J]. 高小青,李润,孙丽娟. 环境污染与防治. 2017(09)
[4]凹凸棒石的表面修饰及对水中Cr（Ⅵ）吸附动力学和热力学的研究[J]. 王诗生,刘齐齐,王萍,储蓓,盛广宏,练建军,于冬冬. 环境科学学报. 2017(07)
[5]六价铬对人体急性与慢性危害探究[J]. 谢文强. 资源节约与环保. 2016(07)
[6]高浓度体系小晶粒B改性ZSM-5分子筛的制备及甲醇制丙烯催化性能[J]. 安良成,江永军,王林,苏慧,颜蜀儁,张伟,雍晓静,罗春桃. 分子催化. 2016(01)
[7]特殊形貌类雪花状ZSM-5分子筛的合成、表征及甲醇制烯烃催化性能（英文）[J]. 李静,刘粟侥,张怀科,吕恩静,任鹏举,任杰. 催化学报. 2016(02)
[8]长期高温水热处理对ZSM-5分子筛催化剂性能的影响[J]. 吉媛媛,满毅. 石油化工. 2015(07)
[9]新型分层ZSM-5沸石的合成及其在去除三氯乙烯中的应用（英文）[J]. Joo Pires,Ana C. Fernandes,Divakar Duraiswami. 催化学报. 2014(09)
[10]水热处理对HZSM-5分子筛催化热解生物质性能的研究[J]. 仲兆平,张波,丁宽,曹圆媛,刘志超. 工程热物理学报. 2014(09)
硕士论文
[1]离子液体中ZSM-5/AlPO4-5复合分子筛的合成及其MTO催化性能研究[D]. 冯杰.郑州大学 2018
本文编号：3244499
【文章来源】：湖南理工学院湖南省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
ZSM-5分子筛的孔道结构示意图
可以最大化利用现有资源，降低成本，还提高了分子筛的催化性能。（2）在合成路径中，选择无溶剂的合成方法或是避免有机模板剂的使用，既减少环境污染，还增加生产安全系数。1.4.1沸石分子筛合成原料绿色化传统方法合成分子筛主要原料为化工原料，例如氢氧化钠、氢氧化铝、水玻璃、硅酸钠、硅胶、白炭黑、铝酸钠、三异丙醇铝、硝酸铝、金属铝等。但存在成本较高、污染严重等缺点。目前，国内外对于天然矿物合成分子筛的研究也逐渐增多。天然矿物分类较多，合成分子筛主要采用高硅高铝的粘土类矿物和火山玻璃类矿物等，（如图1-2所示）如：高岭石、莫来石、膨润土、珍珠岩、浮岩、煤研石、粉煤灰、硅藻土、高硅类矿物及铝土矿等。通过天然矿物合成分子筛具有价格低廉、资源优化及无污染等优点，但也有杂志过多的缺点，因此需要对天然矿物预处理活化后再进行合成。图1-2天然矿物图(1)莫来石(2)珍珠岩(3)高岭土原矿(4)硅藻土原矿1.4.1.1高岭土合成ZSM-5分子筛高岭土是一种资源丰富应用广泛天然矿物，中国从古代开始就已经使用高岭土制作了陶瓷等容器。目前，经过现代分析得出高岭土的理论成分为60Wt%的SiO2、26Wt%的A12O3以及其余钙铁等元素；化学简式为：A12O3·2SiO2·H2O。由此可以看出，高岭土是合成分子筛的天然的硅铝源。因此，国内外学者研究了高岭土合成不同类型的分子筛。在合成低硅分子筛方面，Loiola等[68]通过高温活化后的高岭土为原料成功合成出拥有优异水软化性能的NaA分子筛；Melo等[69]通过高温活化后的高岭土为原料合成出A型分子筛，该分子筛对砷具有较高的吸附能力；Wang等[70]利用碱处理后高岭土为原料合成出了A型分子筛；Ma等[71]将高岭土在高温碱熔活化后合成了13X分子筛；
湖南理工学院硕士学位论文第1章绪论20无溶剂法无疑是最符合新时代绿色化生产的，但是目前对此研究的还处于探讨阶段，关于无溶剂法的固相机理理论还处在讨论中。因此，无溶剂法值得继续关注和研究。图1-3无溶剂法流程图1.5课题意义及主要研究内容ZSM-5分子筛从发展至今，其合成机理、反应方式等已被广泛研究，并且也应用于化工、炼油、环保、生物等多种行业。但是，传统的合成方式存在的生产成本高、浪费污染等缺点也不容忽视。高岭土有物化特性优异、储备含量丰富、成本低廉环保等优点是目前利用原位法工业化生产ZSM-5分子筛的最佳硅铝天然矿物。因此，本课题将以高岭土为原料，在原位水热合成体系种引入高岭土有机插层物，旨在合成出功能化的分子筛，探索ZSM-5分子筛的应用新方向，以分子筛材料的制备科学和应用基础研究为突破口，提出合成功能化分子筛材料的新技术、新方法和新路线，为定向设计合成功能化分子筛提供一定的理论与应用指导。以及开发出绿色环保价廉高效的新型无溶剂合成ZSM-5分子筛的方法，论证ZSM-5分子筛固相合成机理，并为在工业上具有重要需求的ZSM-5沸石分子筛材料的高效、节能和绿色的合成开辟新路径。以下为主要研究内容：（1）在合成功能化ZSM-5分子筛的研究中，主要探究了尿素/高岭土插层复合物和二甲基亚砜/高岭土插层物的设计及其加入原位合成沸石分子筛体系的规律性及功能化应用方面的探究。通过对物料配比、反应时间、反应温度等工艺参数对高岭土有机插层物的插层率及脱嵌规律进行了详细的考察和研究。通过XRD，FT-IR，TG-DTA，N2静态吸附法和SEM表征表明高岭土有机插层物不同加入量对ZSM-5分子筛结晶度及孔结构的影响。并探究改性后的功能化ZSM-5分子筛在环保方面吸附六价铬的应用。（2）在绿色化合成ZSM
【参考文献】：
期刊论文
[1]晶种导向下干胶法合成ZSM-5分子筛[J]. 陈艳红,崔红霞,韩东敏,张强,李春义. 无机化学学报. 2018(03)
[2]氨基化碳化凹凸棒石的水热制备及对水中Cr（Ⅵ）的吸附性能[J]. 王诗生,盛广宏,宋西珍,王萍,于冬冬,练建军. 硅酸盐学报. 2018(05)
[3]ZSM-5分子筛对含铬废水中Cr（Ⅲ）的吸附行为研究[J]. 高小青,李润,孙丽娟. 环境污染与防治. 2017(09)
[4]凹凸棒石的表面修饰及对水中Cr（Ⅵ）吸附动力学和热力学的研究[J]. 王诗生,刘齐齐,王萍,储蓓,盛广宏,练建军,于冬冬. 环境科学学报. 2017(07)
[5]六价铬对人体急性与慢性危害探究[J]. 谢文强. 资源节约与环保. 2016(07)
[6]高浓度体系小晶粒B改性ZSM-5分子筛的制备及甲醇制丙烯催化性能[J]. 安良成,江永军,王林,苏慧,颜蜀儁,张伟,雍晓静,罗春桃. 分子催化. 2016(01)
[7]特殊形貌类雪花状ZSM-5分子筛的合成、表征及甲醇制烯烃催化性能（英文）[J]. 李静,刘粟侥,张怀科,吕恩静,任鹏举,任杰. 催化学报. 2016(02)
[8]长期高温水热处理对ZSM-5分子筛催化剂性能的影响[J]. 吉媛媛,满毅. 石油化工. 2015(07)
[9]新型分层ZSM-5沸石的合成及其在去除三氯乙烯中的应用（英文）[J]. Joo Pires,Ana C. Fernandes,Divakar Duraiswami. 催化学报. 2014(09)
[10]水热处理对HZSM-5分子筛催化热解生物质性能的研究[J]. 仲兆平,张波,丁宽,曹圆媛,刘志超. 工程热物理学报. 2014(09)
硕士论文
[1]离子液体中ZSM-5/AlPO4-5复合分子筛的合成及其MTO催化性能研究[D]. 冯杰.郑州大学 2018
本文编号：3244499
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hxgylw/3244499.html
最近更新
教材专著
