ZSM-5分子筛合成及应用研究进展

1、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ProgressinSynthesisandApplicationofZSM-5ZeoliteAbstract:ZSM-5zeoliteisazeolitemolecularsieve,ahighselectivityforaromaticsinthepetrochemicalindustry,whichhasgoodprospects.Thisarticlewillsummar

2、izethedevelopmentfortheofZSM-5zeolitessynthesisandapplicationandpredictitsfeature.Keywords:ZSM-5zeolite;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 0.55nm 左右，属于中孔沸石。并且对于芳煌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

3、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：ZSMZeolitesSoconyMobil 的缩写，ZSM-5 弗石分子筛则是 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

4、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 0.54X0.56nm；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0.51X0.57nm。ZSM-褐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

5、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。7SM-5图 1ZSM-5 分子筛孔道结构示意图1 1ZSM-5ZSM-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，

6、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。FPan 等使用煨烧煤系高岭石，无有机模板剂条件下，合成含 Si、

7、Al 的 ZSM-5 沸石，并考察了诸如球磨时间、H2O/SQ2、NaOH/SiO2的影响。此外还进行了 170-190C 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。QYu 等在晶种中混入 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

8、12-16 小时。用该种方法制备的分子筛，用于甲醇制烯煌反应中具有高选择性和低的失活速率。结束语:ZSM-5ZSM-5 分子筛具有独特的晶体结构，同时具有 10MR10MR 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-5ZSM-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-5ZSM-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-5ZSM-5 分子筛最好的前景展望。1王义，李旭光，薛志元，李全

9、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.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.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.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.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.F.Pan.Synthesi

10、sandcrystallizationkineticsofZSM-5withoutorganictemplatefromcoal-serieskaolinite,MicroporousandMesoporousMaterials,Volume184,15January20146.QYu.Afastorganictemplate-free,ZSM-11seed-assistedsynthesisofZSM-5withgoodperformanceinmethanol-to-olefin,MicroporousandMesoporousMaterials,Volume181,15November2

11、013 .WuQ.Sustainablesynthesisofzeoliteswithoutadditionofbothorganotemplatesandsolvents.JournaloftheAmericanChemicalSociety.2014-03-12;136:4019-4025. .NandanD.SynthesisofhierarchicalZSM-5usingglucoseasatemplatingprecursor.Journalofmaterialschemistry.A,Materialsforenergyandsustainability.2014;2:1054-1

12、059.参考文献：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.高硅铝比白纳米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,1987.1-472GreggSJ,SingKSW,吸附、比表面与孔隙率.高敬宗等译.北京：化学工业出版社,1989.1-4183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,1986.1-6PaulAWandClydeO,AnalyticalMethodsinFineParticleTechnology,USA:Norcross,MicromeriticsInstrumentCorporatio