论文总字数：19428字

摘 要

ZSM-22沸石分子筛是由美国美孚公司开发的新型微孔沸石分子筛，该分子筛作为催化剂能够有效地抑制裂化反应，在烷烃及烯烃的异构化反应中都表现出优良的性能，因此被广泛应用在石油化工领域。本文采用静态水热晶化法来合成ZSM-22沸石分子筛，系统考察了硅源、模板剂、晶化温度、硅铝比等条件对ZSM-22分子筛的晶化过程和形貌的影响，并运用XRD、SEM、IR等手段对晶化产物进行表征。结果表明：以在160 ℃的条件下，以硅溶胶为硅源、正丁胺为模板剂且提高模板剂用量有利于提高分子筛的晶化速度。

关键词：ZSM-22 静态水热合成 沸石分子筛

Synthesis and Characterization of ZSM-22 Zeolite Molecular Sieve

ABSTRACT

ZSM-22 is a new microporous zeolite molecular sieve developed by Mobil Corporation. As a catalyst the molecular sieve can effectively inhibit the cracking reaction and exhibit excellent performance in the isomerization reaction of alkanes and olefins. Therefore, it is widely used. In the field of petrochemicals. In this experiment, we use the static hydrothermal crystallization method to synthesize ZSM-22 molecular sieve. The effects of silicon source, templating agent, crystallization temperature and silicon-aluminum ratio on the crystallization process and morphology of ZSM-22 molecular sieve were investigated systematically. We have used XRD, SEM and IR to characterize the crystallization products. The results show that the use of silica sol as silicon source and n-butylamine as template in 160 °C can increase the crystallization rate of molecular sieve by increasing the amount of templating agent.

Keywords: ZSM-22; Static hydrothermal synthesis; zeolite molecular sieve

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 沸石分子筛的概述 1

1.1.1 沸石分子筛的结构和性质 1

1.1.2 沸石分子筛的合成方法 2

1.2 ZSM-22沸石分子筛的概述 5

1.2.1 ZSM-22沸石分子筛的结构和性质 5

1.2.2 ZSM-22沸石分子筛的合成方法和的影响因素 6

1.3 研究内容及意义 8

第二章 实验方法 9

2.1 实验所用化学试剂 9

2.2 ZSM-22沸石分子筛的合成 9

2.2.1 静态水热合成法合成ZSM-22沸石分子筛 9

第三章 ZSM-22沸石分子筛的合成的影响因素 11

3.1 硅源的影响 11

3.2 模板剂的影响 12

3.3 晶化温度的影响 14

第四章 结论与展望 16

4.1 结论 16

4.2 展望 16

参考文献 17

致 谢 20

第一章 绪论

现如今，材料在各个领域都发挥着不可取代的作用。随着科学技术的飞速发展，无机材料领域的研究也发生了与日俱进的变化，不断推动着人类物质文明和科技的进步。但是，各行产业的快速发展，出现了日益严重的环境问题和逐渐枯竭的化石能源等问题，制约着全球经济和人类物质文明的健康向前发展。面对这种情况，首当其冲的是开发新的型清洁能源和更有效地利用化石能源，同时保护自然生态环境。换而言之，各领域对化石能源的利用率要求提高，即对化石能源的材料要求更精更细。沸石分子筛催化剂是无机多孔材料是中不可或缺的一类，具有比表面积高、孔道规则、孔隙率高以及水/热稳定性良好等特点。无机多孔材料在材料学中占很高的地位，分子筛材料是无机微孔材料中最重要的家族之一。近些年来许多新型环保无机多孔材料不断被开发利用。

ZSM-22分子筛作为特殊十元环结构的材料，在传统工业和现代工业中的都具有重要作用。ZSM-22分子筛可以作为甲醇转化生成汽油和合成气（CO H₂）直接转化生成低碳烯烃的双功能催化剂，在烷烃异构化、甲醇制烃、甲苯与甲醇烷基化反应中，具有潜在应用前景^[1-3]。

沸石分子筛具有晶体结构规整、分子水平尺寸、孔道结构均匀和酸位点及酸密度均可调控等特性。而且沸石分子筛在许多催化反应中表现出较高的活性、奇特的选择性、优良的热/水稳定性和良好的机械强度。沸石分子筛的广泛应用推动了分子筛合成化学学科的发展，如何通过对反应条件来合成新型沸石分子筛，丰富结构种类为沸石分子筛的进一步研究奠定基础。

• 1. 沸石分子筛的概述
     1. 沸石分子筛的结构和性质

沸石是一种微孔结晶材料，在催化、离子交换和吸附科学中起重要作用。沸石是水合的结晶硅铝硅酸盐，由TO₄四面体构成（T = 四面体原子，例如，Si，Al等），每个顶端氧原子在两个相邻的四面体之间共享，其骨架比为O/T = 2.（表示硅铝硅酸盐中所有氧原子桥接两个四面体原子）。这样就形成了含有孔道、笼、空腔或相互贯通的空洞等骨架结构。下列通式可以用来表示沸石分子筛的组成：

M_x/n[(AlO₂)_x(SiO₂)_y]·wH₂O

方括号中为晶胞单元。因为硅是四价，所以的纯硅酸盐材料（SiO₂）不含骨架电荷。然而，硅铝酸盐具有带负电荷的氧化物骨架，为了平衡电荷，这就需要额外的框架正离子。天然沸石中的典型阳离子是碱金属，如Na ，K 和碱土金属，如Ca² ，Ba² 。

18世纪50年代，瑞典的科学家Crosntedt^[4]发现火山岩洞中有一类在水中煮沸时会产生气泡的天然硅铝酸盐矿物石，并取名为Zeolite，意为：沸腾的石头，简称为沸石。随后，人们围绕沸石的吸附和离子交换性能又做了许多开创性的研究，合成出自然界中原本不存在的沸石，如：A型分子筛^[5]、X型分子筛^[6]和Y型分子筛^[7]。20世纪中后期，沸石分子筛的合成发展进入了全盛的时期，研究员们模拟自然界中沸石生成的条件，不仅合成出与天然沸石具有相同的晶体结构的分子筛，而且合成出一系列新型结构的多功能沸石分子筛^[8]。

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