ZSM—5分子筛合成的研究
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作者: 李彩芳 陈宇
摘 要 沸石分子筛是结晶铝硅酸金属盐的一类水合物。它是具有多孔的晶体，其优异的特点是有许多一定大小的空穴与规则的孔道，空穴之间由许多直径相同的孔连接，可把比其孔大的分子排斥掉，即选择性吸附，并具有高的热稳定性和选择性，人工合成的分子筛比原来无定形的硅铝催化剂有更优越的性能，本实验采用的是水热法合成ZSM-5沸石分子筛。
关键词 沸石分子筛；水热法；乙二胺；四丙基溴化铵
中图分类号：O643 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）11-0000-00
1 沸石分子筛的发展
1）沸石最早发现于1756年，从1941年后才开始了较为系统的合成。
2）1967～1969年Mobil Oil公司发明的高硅和ZSM-5沸石为代表的新结构沸石。
3）80年代Taramasso成功合成了钛硅分子筛。
4）1986年Perego等人报道了Ti-Z SM-5杂原子沸石分子筛的合成及独特的催化性能。
5）90年代Estermann等人成功的开发了具有二十元环的超大孔分子筛，Kresge则成功合成全新的MCM介孔分子筛。成为沸石分子筛发展过程中的又一个重要里程碑。
2 ZSM-5分子筛的简介
1）ZSM-5沸石分子筛是其中一种非常重要的，具有里程碑意义的一种分子筛。美国Mobil公司在1972年首先开发了第二代沸石，是高硅的三维直通道的新结构沸石。
2）其沸石分子筛在催化过程中其沸石催化剂不易积碳，是由于其本身为中孔分子筛，周边没有笼，并且有极好的耐酸性、热稳定性和疏水性。
3）本文合成的ZSM-5沸石分子筛是一种在工业催化、吸附材料、离子交换等方面有广泛应用的一种材料。
3 ZSM-5沸石分子筛的合成方法
3.1 水热法
该法利用的是分子筛液相的转变机理，通过骨架硅铝物种解聚、化学重排，使得晶核的产生发生在液相，并由液相提供晶体生成的原料，最后得到沸石分子筛。
3.2 非水溶剂合成法
利用了一种比较便利的非水溶剂，在常温和常压的条件下合成沸石分子筛。
3.3 蒸汽相法
是1990年发明的一种合成沸石的方法，又称为无浸泡体系合成法，采用的是使水玻璃加入到水中热溶解，静置后取上层，加入到铝酸钠溶液中，胶化后得到的，该法避免了母液的大量排放而造成的污染。
3.4 极浓体系合成法
采用的是固体硅源于有机复合表面活性剂，合成具有特殊形貌的纳米级和微米级晶粒的方法。
4 实验部分
鉴于本实验室的现有设备及条件，因此选择实验方法较成熟且操作较易控制的水热合成法进行。
实验试剂及设备：硅酸钠（别名：偏硅酸钠）：NaSiO3-9H2O；偏铝酸钠：NaAlO2；乙二胺：NH2（CH2）2NH2；四丙基溴化铵：C12H28BrN；H2SO4（95～98%）；去离子水（大量）；
设备：高压反应釜，红外光谱仪，X-射线衍射仪。
操作步骤：
1）取300 ml去离子水于三口烧瓶中，在其中加入92 g硅酸钠，待其溶解后，在快速稳定的搅拌下依次加入四丙基溴化铵15 g、偏铝酸钠0.2 g、乙二胺13.5 g。
2）用稀释的硫酸调节上述原料PH=9.5～11，并恒定搅拌4 h。
3）搅拌完成后，将所得的溶液加入内衬为聚四氟乙烯的高压反应釜中，首先升温1000℃，恒定24 h。再在3-4h升温到1800℃，接着在该温度下晶化48h。晶化完成后通冷却水急剧冷却至室温，泄压。
4）将从反应釜所得溶液进行减压过滤，去离子水洗涤。再用稀释过的硫酸洗涤至滤液接近中性。取滤渣在烘箱中1000℃下，干燥6 h。然后送马弗炉中，5000℃焙烧8 h。得到白色的Na型ZSM-5分子筛晶体。
5 表征
5.1 XRD
结果证明合成的产品特征峰中含有一些ZSM-5分子筛的特征峰，但还含有ANA分子筛的部分特征峰，推测其中混有少量ANA沸石晶体。由于表征条件有限暂无法校对小角度衍射峰的吻合情况。
5.2 红外光谱表征
三次样品皆含有ZSM-5分子筛的特征吸收峰，但有一些峰值偏差较大，推测是由于实验条件的控制上的差别，导致合成产品不纯正。
6 结论
1）通过对合成产品的各种表征，可知本文通过利用乙二胺和四丙基溴化铵共同做模板剂水热法合成ZSM-5型分子筛是可行的，但具体实验条件有待进一步修正。
2）了解了ZSM-5的特性，为以后分子筛的后续研究工作奠定了基础。
参考文献
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