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硅烷偶联剂和介孔模板协同作用下制备多级孔结构ZSM-5沸石

作　者: 姚琼斯
导　师: 肖强
学　校: 浙江师范大学
专　业: 物理化学
关键词: ZSM-5分子筛 多级孔结构 硅烷偶联剂 介孔模板 F-C烷基化
分类号: O643.36
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


沸石分子筛是一种具有微孔结构的硅铝酸盐晶体,具有高比表面积、高水热稳定性以及良好的择型催化性能,广泛应用于石油化工、吸附分离等领域。但是由于分子在微孔孔道中的扩散速率较慢,限制了其利用效率多级孔结构沸石是指沸石微孔孔道外还含有介孔孔道体系的沸石分子筛。介孔的存在可以大大缩短沸石的传质距离,且有利于大分子参与的反应,从而提高沸石的催化效率。硅烷偶联剂是一类具有有机官能团的硅烷,其分子中同时具有能与有机材料化学结合的反应基团和与无机材料化学结合的反应基团。有文献报道硅烷偶联剂加入沸石合成体系中可抑制沸石晶体的生长,得到纳米沸石晶体聚集的多级孔沸石。为使多级孔沸石内的介孔孔道有序,将介孔模板引入沸石,介孔模板通过硅烷偶联剂形成离子键而相连,可成功进入沸石合成体系中,形成有序介孔沸石。本论文的研究内容主要包括以下两个部分：1)以水玻璃为硅源,TPABr为模板剂,在合成体系中加入硅烷偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES),通过水热晶化,制备出球形形貌的多级孔结构的ZSM-5沸石分子筛。考察了合成体系中碱度、硅铝比、硅烷偶联剂APTES用量及种类等对合成多级孔ZSM-5沸石的影响,以XRD、SEM、N2吸-脱附以及TEM表征手段对所合成样品的结构和形貌进行表征。结果表明,加入硅烷偶联剂APTES可成功合成出多级孔ZSM-5沸石,随APTES用量的增大,样品的结晶度逐渐降低,晶体尺寸逐渐减小,APTES用量过大则不能合成出沸石,以聚丙烯催化分解反应为探针反应,结果表明,添加硅烷偶联剂APTES作用下制备的多级孔ZSM-5比未添加APTES得到的样品具有更好的催化性能。2)以水玻璃为硅源,TPABr为模板剂,APTES为硅烷偶联剂,在沸石合成体系中加入介孔模板,制备多级孔ZSM-5沸石分子筛。考察了介孔模板种类、用量等对合成多级孔ZSM-5沸石的影响。结果表明,当介孔模板为阴离子表面活性剂十二烷基肌氨酸钠(Sar-Na)时,可合成出介孔含量丰富的多级孔ZSM-5,随Sar-Na用量的增加,样品结晶逐渐降低。以苯和苯甲醇的F-C烷基化反应为探针反应,结果表明,Sar-Na与APTES协同作用下制备多级孔ZSM-5沸石比传统ZSM-5沸石晶体具有更好的催化活性。以聚丙烯酸(PAA)和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为介孔模板时,同样可成功合成出介孔含量较高的多级孔ZSM-5沸石。硅烷偶联剂APTES与PAA的比例对沸石形貌有很大影响,当PAA≤APTES时,APTES的聚合作用大于PAA的解聚作用,ZSM-5为球形颗粒,当PAA>APTES时,PAA的解聚作用大于APTES的聚合作用,ZSM-5为规则晶体；以苯和苯甲醇的F-C烷基化反应为探针反应研究了多级孔ZSM-5分子筛的催化性能,结果表明,PAA和CTAB为介孔模板合成出的多级孔ZSM-5由于具有丰富的介孔结构,表现出了良好的催化性能。

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-9
第一章 绪论  9-21
  1.1 研究背景  9-11
    1.1.1 沸石分子筛  9-10
    1.1.2 ZSM-5沸石的特点及存在问题  10-11
  1.2 多级孔结构沸石及其合成方法  11-17
    1.2.1 控制合成条件直接合成多级孔结构沸石  11-12
    1.2.2 模板法合成多级孔结构沸石  12-14
    1.2.3 液相体系中通过表面活性剂自组装直接合成介孔沸石  14-15
    1.2.4 硅烷偶联剂  15-17
  1.3 介孔模板  17-19
    1.3.1 阴离子表面活性剂  17-18
    1.3.2 聚电解质-表面活性剂  18-19
  1.4 课题研究意义、研究目标及内容  19-21
    1.4.1 研究意义  19
    1.4.2 研究目标及内容  19-21
第二章 实验部分  21-27
  2.1 实验试剂与仪器  21-22
    2.1.1 实验试剂  21-22
    2.1.2 实验仪器  22
  2.2 表征方法  22-24
    2.2.1 X射线粉末衍射(XRD)  22-23
    2.2.2 扫描电子显微镜(SEM)  23
    2.2.3 透射电子显微镜(TEM)  23
    2.2.4 NH3程序升温吸-脱附(NH_3-TPD)  23
    2.2.5 N_2吸脱附(N_2 Adsorption-desorption)  23
    2.2.6 正丁烷吸附(n-butane Adsorption)  23-24
  2.3 多级孔结构沸石分子筛的制备  24
  2.4 低浓度的碱洗处理  24
  2.5 多级孔结构ZSM-5的催化活性评价  24-27
    2.5.1 苯烷基化反应  24-26
    2.5.2 催化裂解聚丙烯  26-27
第三章 添加硅烷偶联剂的多级孔ZSM-5沸石的制备及表征  27-45
  3.1 前言  27
  3.2 实验部分  27-31
  3.3 结果与讨论  31-42
    3.3.1 以APTES为硅烷偶联剂合成多级孔ZSM-5  31-39
    3.3.2 以APTMS为硅烷偶联剂合成多级孔ZSM-5  39-40
    3.3.3 以AEAPTMS为硅烷偶联剂合成多级孔ZSM-5  40-42
  3.4 催化裂解聚丙烯  42-44
    3.4.1 催化剂的制备  42
    3.4.2 活性评价  42-44
  3.5 本章总结  44-45
第四章 添加介孔模板的多级孔结构ZSM-5的制备及表征  45-77
  4.1 前言  45
  4.2 实验部分  45-51
    4.2.1 以APTES为硅烷偶联剂,Sar-Na为介孔模板合成多级孔ZSM-5  45-47
    4.2.2 以APTES为硅烷偶联剂,聚丙烯酸(PAA)及十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为介孔模板合成多级孔ZSM-5  47-51
  4.3 结果与讨论  51-69
    4.3.1 以APTES为硅烷偶联剂,Sar-Na为介孔模板合成多级孔ZSM-5的考察  51-58
    4.3.2 以APTES为硅烷偶联剂,聚丙烯酸(PAA)及十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为介孔模板合成多级孔ZSM-5的考察  58-69
  4.4 苯烷基化反应  69-74
    4.4.1 介孔模板为Sar-Na时合成样品的催化性能研究  69-72
    4.4.2 介孔模板为PAA和CTAB时合成样品的催化性能研究  72-74
  4.6 本章总结  74-77
第五章 全文总结与展望  77-79
  5.1 全文总结  77-78
  5.2 课题展望  78-79
参考文献  79-85
致谢  85-87
攻读学位期间取得的研究成果  87-89

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 物理化学（理论化学）、化学物理学 > 化学动力学、催化作用 > 催化 > 催化剂
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