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摘 要

ZSM-48沸石分子筛均是美国美孚公司（Mobil）开发的新型微孔沸石分子筛。这种沸石分子筛在空间构型上主要表现为只有一个有效孔道，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。

本论文在静态水热合成的条件下，考察了硅源，晶种含量以及模板剂用量等因素对合成ZSM-48沸石分子筛的影响，运用XRD和SEM等方法对实验所得产物进行表征。从表征结果可知，在凝胶中添加晶种及增加模板剂的用量，有利于提高ZSM-48分子筛的晶化速度。并且通过改变合成的条件，可以得到蘑菇状、樱花状、棒状等不同形貌的ZSM-48分子筛。

关键词：ZSM-48分子筛 形貌 水热法

Abstract

ZSM-48, a novel aluminosilicate zeolite, was first synthesized by Mobil in the hydrothermal crystallization system. It is the most important catalytic material in petrochemical industry, because it exhibits well catalytic property in isomerization reaction of olefins and paraffins due to its one-dimensional channels defined by 10-membered rings, and thus can effectively inhibit cracking reaction.

ZSM-48 zeolite was synthesized by static hydrothermal method. Synthesis parameters, such as silica source, the concentration of template and seeding, were changed to investigate their effects on the crystallization and morphology of ZSM-48 zeolite. The produced samples were characterized by XRD, SEM. It is found that the addition of seeding and increasing the concentration of template could accelerate the crystallization. By altering the reaction parameters, various morphologies of ZSM-48 product with different particle sizes were achieved, such as mushroon, cherry and stick.

Keywords: ZSM-48 zeolite; Morphology; Hydrothermal method

目录

摘 要 I

Abstract II

目录 III

1.1 沸石分子筛 1

1.1.2沸石分子筛的基本性质 3

1.1.3 沸石的应用 5

1.2 沸石分子筛的表征 6

1.3 ZSM-48分子筛 7

第二章 实验方法 8

2.1 实验药品 8

2.2制备ZSM-48分子筛 8

2.2.1水热法合成ZSM-48分子筛 8

2.3 ZSM-48分子筛的表征 8

2.3.1 X射线衍射仪（XRD） 8

2.3.2扫描电镜（SEM） 9

第三章 水热合成法合成ZSM-48分子筛 10

3.1 引言 10

3.2合成条件对ZSM-48分子筛形貌的影响 10

3.2.1 硅源的影响 10

3.2.2 晶种的影响 11

3.2.3 模板剂含量的影响 12

第四章 结论与展望 13

4.1 结论...............................................................................................................................13

4.2 展望...............................................................................................................................13

参考文献 14

致 谢 17

1. 文献综述

1.1 沸石分子筛

1.1.1 简介

沸石是纳米多孔的结晶材料，自从用于气体分离的催化作用到离子交换以来，已经应用了几十年。沸石材料在自然界中被发现（如矿物质），并且它们可以在实验室中合成^[1]。这类无机材料的独特之处在于它们的晶体结构由相互连接的TO₄四面体组成，其中T通常代表Si和/或Al^[2]。所以说，沸石是具有高度有序的晶体结构的天然或合成来源的含水硅铝酸盐，通常配制为M^IM^II_0.5[(AlO₂)_x·(SiO₂)_y·(H₂O)_z]，其中M^I和M^II优选为碱金属和碱土金属，它们通过共同的氧原子相互连接形成三维网络。但也存在更多种化学材料如P，Fe和Be等，将硅和铝取代。然而，从工业角度来看，高硅材料是最重要的，因为它们在工艺条件下通常具有非常高的热稳定性和水热稳定性^[3]。四面体是沸石可以分类的最小结构单元。将这些主要建筑单元连接在一起导致23个可能的次要建筑砌块（多边形）。沸石主要根据由刚性四面体框架形成的笼（α，β，γ和超级）和通道（直和正弦）的几何形状来区分。迄今为止，已有229种沸石骨架结构被国际沸石协会结构委员会认可^[4]。在这其中，ZSM-48分子筛是一类很有特色的催化材料，在化工、生物、光化学等方面均显示出广泛的应用前景。

早在1862年，圣克莱尔德维尔就试图在实验室合成沸石^[5,6]。然而，1950年代联合碳化物公司的米尔顿和布雷克在工业立场中最具影响力的早期合成里程碑。 他们开发了反应性凝胶结晶，这种结晶今天被认为是沸石的标准合成方法。在分子筛中沸石是最具有代表性的，所以“分子筛”和“沸石”这两个词常常被认为没有概念上的区别。该程序导致发现富含铝的A沸石和X沸石。布雷克还进一步声称在1964年发现了Y沸石^[7]。这种材料是非常特殊的，因为Y沸石在流化催化裂化中被广泛使用，因此它代表了消耗量最大的沸石催化剂。1969年，Argauer和Landolt^[8]首次合成了高硅沸石ZSM-5。ZSM-5具有优异的性能，因为它可能是最大数量的不同工艺中实施的沸石催化剂^[9]。在20世纪70年代末和90年代之间，合成组成更奇特的结构成为目标。这一趋势最终发现了硫属化物沸石类似物的合成路线的壮观发现^[10]。尽管对这种特殊结构的追求似乎受到了刺激，仅仅凭借科学的好奇心，主要驱动力仍然是开发利用用于工业和商业用途的新材料的目标^[11]。1984年发现的SAPO-34^[12]的成功故事强调了这一说法。尽管如此，SAPO-34具有用作酸基沸石催化剂的非常规组分（硅铝磷酸盐），因此在2010年成为世界上第一座煤制烯烃工厂。

最初天然存在的结晶硅铝酸盐矿物，即结晶微孔沸石，已在实验室成功合成并在石油化工和精细化工行业作为非均相催化剂。这种快速发展的最重要原因之一是对沸石形成机理的进一步了解以及合成策略的发展。例如，科马及其同事合成了一系列新沸石（OSDAs），如新型季铵阳离子，质子海绵，鏻阳离子和高碱性磷腈等; Lewis和他的同事们开发了一种电荷密度不匹配（CDM）策略，通过设计有机结构导向剂其中已经制备了一系列新的沸石材料^[13]。由于这些新近开发的合成策略，在过去几年中沸石骨架类型的数量快速增长。自从2007年发布第六版“沸石骨架类型图谱”以来，已报道约50种新的沸石骨架类型^[14]。许多这些新的沸石骨架具有先前未见的或破记录的结构特征，导致对沸石结构的内在性质的新理解^[15]。

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