文档介绍：ZSM-5 的合成与表征研究
(师范学院化生教育 01 级周蛟龙)
(学号:2001125125)
摘要:本文以二氧化硅,偏铝酸钠为原料,在不同的有机胺为模板剂的条件下合成了系
列分子筛晶体。并且考察了不同原料配比和模板剂对 ZSM-5 型分子筛合成的影响。同时对其结构
和性能进行了 XRD、IR、DSC、SEM 等表征,样品的热稳定性研究表明在 400℃以下稳定性良好。
关键词:ZSM-5,水热合成,模板剂
教师点评:ZSM-5 沸石分子筛是一种具有良好的吸附和催化性能的高硅分子筛。在石油化工,
精细化工和环境保护等领域发挥着日益重要的作用。本文利用不同的模板剂合成了 ZSM-5 型分子
筛,并对所合成样品进行了 XRD、SEM、DSC 等表征,在 ZSM-5 的理论研究与实际应用等方面具有
一定的价值。(点评教师:魏波副教授)
1、前言
ZSM-5 沸石是一种具有良好的吸附和催化性能的高硅沸石分子筛,自 60 年代初 以
及 ,[1]等人首先提出“择型催化”的概念,并且逐步应用到工业生产,取得
了分子筛领域一次又一次的重大突破,引起了人们的广泛兴趣。随着分子筛在石油化工,精细化
工,环保等领域发挥着日益重要的作用,新品种的分子筛更是雨后春笋般涌现,分子筛的合成方
法也相应地在不断拓展。目前来说,使用最广泛的还是 ZSM-5 型分子筛。
分子筛的合成方法
由于分子筛在石油化工及吸附分离方面有很重要的实际应用价值,分子筛的合成方法也相应
地在不断拓展。人们先后开发出水热合成法,溶剂热合成法,微波合成法,以及干凝胶法等等。
另外,基于实际需求,人们还开发出多种合成路线,象氟离子体系合成,清夜合成,高温烧结合
成及应用新模板剂合成等特种合成技术。
水热合成方法
水热合成法是最经典的合成无机微孔材料的方法[2]。它是获得有特种结构、功能性质的新型
材料的重要合成途径和有效方法。它的历史可以追溯到一百多年以前。地质学家为了研究某些矿
物和岩石的成因,模拟地层下的水热条件,在实验室内所采用的方法。水热合成法通常指在密闭
体系中,以水为溶剂,在一定温度下,在水的自生压强下,原始物料进行的非均相反应(通常都
是在反应釜中进行)。在水热条件下,水的性质发生了明显的变化:蒸气压升高;密度降低;表
面张力下降;粘度降低;离子积变大等特点。水热合成具有使复杂离子间反应加速;水解反应加
速;氧化还原电势明显变化等特点。而且,水比较经济易得;水对大多数物质尤其是离子型和极
性化合物溶解能力较强等。大部分硅铝分子筛都是在水热体系下合成的。
微波法
20 世纪八十年代初,人们根据微波辐射快,受热均匀的特点,将微波技术被引用到化学合
成中。使许多无机、有机反应在微波辐射条件下,能够以超常规的速度完成。1990 年,P. Chu [3]
等人首次将微波合成法引入分子筛的合成,取得了较好的结果。微波法合成主要用于获得纯相及
大小尺寸相当的完美单晶,以及与常规方法具有不同的 Si/Al 比的分子筛。有许多分子筛如:
,-5 和 AlPO4-5 等等都是利用微波法合成出来的。
干凝胶法
干凝胶法的特点是过程简单,不加溶剂或只加入很少量的溶剂,既可节省溶剂,同时可避免
所合成无机微孔晶体与溶剂的分离过程,减少母液对所合成无机微孔晶体的污染,还可使反应釜
1
空间得到充分有效的利用,提高单位反应釜的产率。. de Goor 等首次采用干凝胶法合成了
DOH 全硅分子筛, Shimizu[4]等将 Kanemite-TPA、-TBA 粉末密封在 130°C 加热,得到了两种具
有 ZSM-5、ZSM-11 结构的全硅分子筛。
干粉体系法
干粉体系法是指在吸附态模板剂作用下干粉体系中合成了 ZSM-5 分子筛。与水热合成法相
比其溶剂的使用量明显减少,但反应体系中仍然不可避免存在少量的液体,而且由于大量有机胺
存在,它的排放会导致环境污染。
ZSM-5 分子筛的结构及特点[5]
ZSM-5 的骨架含有独特的五员环结构。这种新型的立体构型,(见图 la,)由 8 个五元环组
成。这些单元通过棱边连接,形成如图 lb 所示的链。
这些链可连接成许多薄片,并由薄片连接成三维骨架结构。链沿 Z 轴扩展,平行于〔010〕
的薄片如图 2 所示,ZSM 一 5 骨架可由图 3 的薄片与形成四元环和六元环的镜面交连构成,含
有两种交叉的孔道系统,如图 3 所示,1 种是