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多级孔道ZSM-5沸石分子筛的合成及其催化裂解性能研究

作　者: 王莉
导　师: 陈丰秋
学　校: 浙江大学
专　业: 工业催化
关键词: 硅铝比多级孔道 ZSM-5 硅烷偶联剂硅烷化轻烃裂解
分类号: TQ426
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

多级孔道沸石分子筛由于结合了微孔沸石分子筛良好的催化性能和介孔材料优异的传质性能等优点,在大分子参与的反应中表现出良好的催化活性。硅烷偶联剂是一类具有有机官能团的有机硅化合物,它可与硅铝物种进行化学键接而植入沸石相中,通过抑制沸石分子筛晶体的生长而得到具有多级孔道的纳米晶体聚集体。本论文以正硅酸四乙酯为硅源,异丙醇铝、硝酸铝、偏铝酸钠等为铝源,四丙基氢氧化铵为模板剂,以硅烷偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)为软模板,通过水热法制备多级孔道ZSM-5沸石分子筛,并考评它在正庚烷催化裂解反应中的性能。具体研究内容如下：(1)考察了硅铝比、APTES用量、预晶化、碱度、铝源等对分子筛合成的影响,并对低硅铝比多级孔分子筛的合成进行了初步探索,采用XRD、FT-IR、 SEM、N2吸脱附及TEM等测试方法对样品的结构和形貌进行表征。结果表明,当APTES添加量为0.05,硅铝比由200增加至∞时,分子筛由纳米晶体聚集体转变为单晶,其外比表面积和介孔孔容减少。当硅铝比为200,APTES添加量由0增加到0.1时,其外比表面积和介孔孔容增加,但是结晶度有所降低,说明APTES对晶体生长有一定的抑制作用。全硅时,APTES添加量对样品的形貌影响不大,均是棺材型单晶,外比表面积和介孔孔容随APTES添加量的增加而增大。预晶化与否对样品的形貌、孔结构及收率都有一定的影响,尤其是APTES添加量较高的情况下。碱度的提高可缩短晶化时间,但样品尺寸增加,外比表面积和介孔孔容降低。以硝酸铝和偏铝酸钠为铝源时,所合成样品均是几百纳米大小的单晶,仍具有较高的外比表面积和介孔孔容。低硅铝比(SiO2/Al2O3=60)下,以偏铝酸钠为铝源,在较短的预晶化、硅烷化和晶化时间下,成功得到多级孔道ZSM-5沸石分子筛。(2)将采用不同的工艺条件(如铝源、软模板添加量)制备的多级孔道沸石分子筛材料用作考评催化剂,命名为H-1、H-2和H-3,其酸性通过NH3-TPD进行测试。H-2和H-3这两个催化剂的酸强度相近,H-1除了具备和它们相当强度的酸性位外,还含有一部分超强酸性位,总酸量：H-3>H-2>H-1。考察了以上几个催化剂在正庚烷裂解反应中的活性和稳定性,结果表明,这几种催化剂的初始活性都很高。其中H-1不但活性高,而且稳定性很好,H-3和H-2的稳定性不如H-1。

全文目录

致谢  5-7
摘要  7-9
Abstract  9-11
目录  11-14
1 绪论  14-16
  1.1 立题背景  14-15
  1.2 本论文主要研究内容  15-16
2 文献综述  16-30
  2.1 ZSM-5沸石分子筛  17-18
    2.1.1 ZSM-5沸石分子筛的结构  17
    2.1.2 ZSM-5沸石分子筛的应用  17-18
  2.2 多级孔道沸石分子筛的合成方法  18-26
    2.2.1 后处理法合成多级孔道沸石分子筛  18-19
    2.2.2 硬模板法合成多级孔道沸石分子筛  19-22
    2.2.3 软模板法合成多级孔道沸石分子筛  22-26
  2.3 多级孔道沸石分子筛的催化应用  26-30
    2.3.1 烷基化反应  27
    2.3.2 异构化反应  27
    2.3.3 轻烃裂解反应  27-30
3 实验部分  30-37
  3.1 实验仪器和试剂  30-31
  3.2 材料的表征方法  31-32
    3.2.1 X射线衍射(XRD)  31
    3.2.2 傅里叶红外(FT-IR)  31-32
    3.2.3 氮气吸脱附曲线(N_2 Sorption Isotherm)  32
    3.2.4 扫描电子显微镜(SEM)  32
    3.2.5 透射电子显微镜(TEM)  32
    3.2.6 氨气程序升温脱附技术(NH_3-TPD)  32
  3.3 材料的制备方法  32-33
  3.4 催化性能考评  33-37
    3.4.1 实验装置  33-34
    3.4.2 实验条件  34
    3.4.3 气相色谱分析条件  34-35
    3.4.4 实验步骤  35-36
    3.4.5 反应物转化率与产物选择性、收率的计算  36-37
4 多级孔道ZSM-5分子筛的合成与表征  37-58
  4.1 引言  37-38
  4.2 实验部分  38-39
  4.3 结果与讨论  39-57
    4.3.1 硅铝比对合成的影响  39-42
    4.3.2 APTES用量对合成的影响  42-46
    4.3.3 预晶化对合成的影响  46-49
    4.3.4 NaOH对合成的影响  49-52
    4.3.5 铝源对合成的影响  52-55
    4.3.6 低硅铝比下的合成探索  55-57
  4.4 小结  57-58
5 多级孔道ZSM-5分子筛在正庚烷裂解反应中的催化性能  58-67
  5.1 引言  58
  5.2 催化剂的表征  58-60
  5.3 结果与讨论  60-66
    5.3.1 空白实验  60-61
    5.3.2 多级孔道ZSM-5分子筛的催化活性研究  61-63
    5.3.3 多级孔道ZSM-5分子筛的催化稳定性研究  63-66
  5.4 小结  66-67
6 总结与展望  67-69
  6.1 总结  67-68
  6.2 展望  68-69
参考文献  69-76
作者简介  76
攻读硕士期间撰写的论文  76

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