ZSM-5分子筛合成及应用研究进展.doc

ZSM-5分子筛主要合成及应用摘要总结分析ZSM-5分子筛主要合成方面的研究，其次介绍ZSM-5分子筛在石油化工-炼油工业中的应用，最后对ZSM-5分子筛的发展进行展望关键词：ZSM-5分子筛；合成；应用Progress in Synthesis and Application of ZSM-5 ZeoliteAbstract：ZSM-5 zeolite is a zeolite molecular sieve, a high selectivity for aromatics in the petrochemical industry ,which has good prospects. This article will summarize the development for the of ZSM-5 zeolite’s synthesis and application and predict its feature.Keywords：ZSM-5 zeolite; synthesis; applicationZSM-5沸石分子筛是由美国Mobile公司于1972年首先开发出的一种具有独特三维通道结构和可选择酸强度分布的五元环型沸石，该沸石分子筛具有热稳定性高和亲油疏水的特性，大多数的孔径为0.55 nm左右,属于中孔沸石。

并且对于芳烃有较好的形状选择性由于其独特的孔结构不仅为择形催化提供了空间限制作用，而且为反应物和产物提供了丰富的进出通道， 也为制备高选择性、高活性、抗积炭失活性能强的工业催化剂提供了晶体结构基础由此， 其成为了石油工业中择形反应中最重要的催化材料之一不仅如此， ZSM-5 分子筛在精细化工和环境保护等领域中也得到了广泛的应用[1]，因此，对ZSM-5分子筛对于石油工业有着良好的应用前景，对其的研究有着重要的实用价值1.ZSM-5沸石分子筛的特点：ZSM是Zeolites Socony Mobil的缩写，ZSM-5沸 石 分 子 筛 则 是 20世纪七十年代美国Mobil石油公司开发成功的一系列新型的高硅铝比沸石分子筛中其中的一种它有着独特的交叉孔道结构，都是10氧环组成，其直筒型孔道呈椭圆形，横向孔道截面近似于圆形，孔口尺寸稍有区别一组为平行于单胞的a轴，呈“Z”字形具有近似于圆形的开孔，其尺寸为0.54×0.56nm；另一组平行于单胞的b轴，为直通道，但为椭圆开口，其尺寸为0.51×0.57nmZSM-5晶体属于理想的斜方晶系，其结构参数为a=20.1，b=19.9，c=13.4。

沸石分子筛按其尺寸的大小又可分为纳米沸石分子筛和微米沸石分子筛，它们具有完全相同的孔道结构（如图1-1）但是微米ZSM -5 分子筛的择形催化技术存在局限性，主要是由于ZSM-5沸石分子筛孔道较长，构型扩散阻力太大，导致内表面的利用率较低，并且微米ZSM-5沸石分子筛抗积碳能力差，使得催化剂本身在反应过程中失活快，单程反应周期短，不利于工业化应用图1 ZSM-5分子筛孔道结构示意图 1 ZSM-5分子筛的合成ZSM-5分子筛的合成方法通常采用水热合成法，随着人们对于ZSM-5分子筛合成的深入研究，涌现了许多新的合成方法，但，水热合成法也越来越完善1.1 水热法合成ZSM-5分子筛该方法的基本步骤：是将原料配成一定浓度的甲、乙两种水溶液甲溶液为水玻璃＋导向剂＋水；乙溶液为硫酸铝＋硫酸＋水在剧烈搅拌下，把乙溶液缓慢加入装有甲溶液的容器中，有时再加入晶种（ZSM-5 晶粉或制备的半晶化物料），继续搅拌直至形成均匀的凝胶然后将凝胶放置合成釜中，可以将混合物在低温下陈化一定时间再升温在固定温度下静止晶化或搅拌晶化晶化完成后，迅速冷却、过滤、洗涤和烘干，即得钠ZSM-5 分子筛原粉[3]因水热合成法多需要使用有机导向剂，而成为绿色和可持续的合成方法的一大障碍。

近年来，随着研究的深入，传统的水热合成法也有所改进，对合成条件的研究也相应深入顾文应等[4]利用无模板剂水热法合成ZSM-5沸石其方法是以硫酸+硫酸铝+水为A溶液，水玻璃+水为B溶液，无导向剂，加料完毕后加入晶种，连续搅拌1-2h得到凝胶并考察了晶化温度、老化时间、碱度以及晶种量对于合成的影响F Pan等[5]使用煅烧煤系高岭石，无有机模板剂条件下，合成含Si、Al的ZSM-5沸石，并考察了诸如球磨时间、H2O/SiO2、NaOH/SiO2的影响此外还进行了170-190℃下结晶动力学实验，给出了结晶时间6-96h的结晶曲线所得到的样品进行表征通过粉末X-射线衍射（XRD）和 扫描电子显微镜（SEM）结果表明，ZSM-5具有优异的结晶性可以通过无有机模板来获得此外，机械处理和合成条件可能显著影响结晶度和纯度根据Arrhenius方程，表观激活能诱导和增长分别为78.3和68.5千焦/摩尔Q Yu等[6]在晶种中混入ZSM-11协助参与结晶过程，在无有机导向剂作用下，更快速的得到ZSM-5沸石分子筛，结晶时间为12-16小时用该种方法制备的分子筛，用于甲醇制烯烃反应中具有高选择性和低的失活速率。

结束语： ZSM-5分子筛具有独特的晶体结构，同时具有10MR的孔道，已经在许多领域显示出优良的性能，是一实用型的分子筛材料，但随着可持续社会发展的需求的增加，现有的ZSM-5分子筛的应用能力已远远不能满足社会发展的需求，这就需要在加强ZSM-5分子筛的合成和应用研究的同时还要挖掘其潜在的应用能力，从应用的角度进行高性能的，多功能分子筛的结构设计，优化工艺参数，扩展其使用范围，这将是对ZSM-5分子筛最好的前景展望[1]王义,李旭光,薛志元,李全芝. 多孔分子筛材料的合成[J]. 化学进展,2010,Z1:322-330.[2]慕旭宏,王殿中,王永睿,林民,程时标,舒兴田. 纳米分子筛在炼油和石油化工中的应用[J]. 催化学报,2013,01:69-79.参 考 文 献1.任瑞霞,刘姝,宋雯雯,刘海莲. ZSM-5分子筛的合成与应用[J]. 化工科技,2011,01:55-60.2.冯会. 含ZSM-5新型催化材料的合成表征与评价[D].中国石油大学,2009.3.高雄厚, 张永明, 唐荣荣. ZSM-5 沸石合成技术的进展(一)[J].催化裂化, 1997, 16(21), 43-47 4.顾文应. 无模板剂水热法合成ZSM-5沸石的研究[D].大连理工大学,2010.5.F. Pan. Synthesis and crystallization kinetics of ZSM-5 without organic template from coal-series kaolinite, Microporous and Mesoporous Materials, Volume 184, 15 January 20146.Q Yu.. A fast organic template-free, ZSM-11 seed-assisted synthesis of ZSM-5 with good performance in methanol-to-olefin, Microporous and Mesoporous Materials, Volume 181, 15 November 20137.Wu Q. Sustainable synthesis of zeolites without addition of both organotemplates and solvents. Journal of the American Chemical Society. 2014-03-12;136:4019-4025.8.Nandan D. Synthesis of hierarchical ZSM-5 using glucose as a templating precursor. Journal of materials chemistry. A, Materials for energy and sustainability. 2014;2:1054-1059.参考文献： [1]  周日新，安胜恩，李宗章.ZSM-5沸石选择性催化作用的研究[J].催化学报.  [2]  张艳侠.高硅铝比的纳米ZSM-5沸石分子筛的合成.大连理工大学.2005年6月 [3]  杨林森.精细石油化工进展.2000年第06期. [4]  赵杉林.张扬建.孙桂大.翟玉春.ZSM-5沸石分子筛的微波辐射法合成与表征.石油学报（石油化工）.1999年6月.第13卷第3期. [5]  窦涛，冯芳霞，萧墉壮等，石油学报（石油化工），1997,13，（1）：100. [6]  苏建明.刘文波.刘剑利.吴莱萍.高硅铝比ZSM-5分子筛的合成及催化裂化性能研究.石油炼制与化工第35卷第4期.2004年4月水热合成 参考文献 [1] 徐如人, 庞文琴, 屠昆岗. 沸石分子筛的结构与合成. 吉林: 吉林大学出版社, 1987. 1-47 [2] Gregg S J, Sing K S W, 吸附、比表面与孔隙率. 高敬宗等译. 北京: 化学工业出版社, 1989.1-41 8 [3] 严继民, 张启元, 高敬宗. 吸附与凝聚：固体的表面与孔. 第二版. 北京: 科学出版社, 1986.1-6 [4] Paul A W and Clyde O, Analytical Methods in Fine Particle Technology, USA: Norcross, Micromeritics Instrument Corporation, 1997.71-73 [5] Stoeckli F, Progress in Surface and Membrane Science. York: Academic Press, 1975. 1-70 [6] Paul A W and Clyde O, Analytical Methods in Fine Particle Technology, USA: Norcross, Micromeritics Instrument Corporation, 1997. 73-75. 。