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P.B.weisz以及V.J.Frilette，N.Y.chen[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。1.1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。1.1.1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。1.1.2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：A.X,Y.ZSM-5和AlPO－5等等都是利用微波法合成出来的。41.1.3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。G.V.deGoor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。1.1.4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。1.2ZSM－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种是走向平行于「001」的直的正弦波呈0.51nm(短径)及0.58nm(长径)的椭圆形孔道，另一种是平行于「010」的近乎圆形的、直径为0.54一0.56nn的分散孔道。在图2中可清楚的看出控制孔道的椭圆形10元环孔道。ZSM一5分子筛的择形催化性能在于它具有以下结构特点: