沸石分子篩合成與吸附性能研究

第一章緒論001

第一節(jié)沸石分子篩及其吸附性能//002

一、沸石分子篩簡介//002

二、吸附簡介//006

三、沸石分子篩吸附機(jī)理//007

第二節(jié)沸石分子篩合成研究//008

一、沸石分子篩合成方法//008

二、以高嶺土為原料合成沸石分子篩研究//013

第三節(jié)沸石分子篩氣體吸附性能研究//019

一、吸附劑研究//019

二、沸石分子篩氮氧吸附性能研究//021

三、吸附研究方法//037

第四節(jié)選題意義及研究內(nèi)容//039

第二章實(shí)驗(yàn)部分043

第一節(jié)實(shí)驗(yàn)試劑及設(shè)備儀器//044

一、實(shí)驗(yàn)試劑//044

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備//045

三、分析儀器//045

第二節(jié)表征及性能測試//046

一、X射線粉末衍射分析//046

二、傅立葉變換紅外光譜分析//046

三、化學(xué)組成分析//046

四、掃描電鏡分析//047

五、氣體吸附等溫線測定//047

六、比表面積測定//047

七、水靜態(tài)飽和吸附量測定//047

八、陽離子定性檢測分析//048

第三章以高嶺土為原料未添加硅鋁源沸石分子篩合成研究051

第一節(jié)引言//052

第二節(jié)結(jié)晶相圖//053

一、NaX（1）沸石分子篩結(jié)晶相區(qū)//054

二、NaX（2）沸石分子篩結(jié)晶相區(qū)//057

三、NaP沸石分子篩結(jié)晶相區(qū)//065

四、SOD沸石分子篩結(jié)晶相區(qū)//067

第三節(jié)本章小結(jié)//070

第四章以高嶺土為原料添加硅鋁源沸石分子篩合成研究073

第一節(jié)引言//074

第二節(jié)添加鋁源沸石分子篩合成研究//075

一、硅鋁比對(duì)沸石分子篩結(jié)晶的影響//075

二、晶化溫度對(duì)沸石分子篩結(jié)晶的影響//077

三、晶化時(shí)間對(duì)沸石分子篩結(jié)晶的影響//078

四、反應(yīng)體系堿度對(duì)沸石分子篩結(jié)晶的影響//080

五、小結(jié)//081

第三節(jié)添加硅源沸石分子篩合成研究//081

第四節(jié)本章小結(jié)//085

第五章A型沸石分子篩氮氧吸附性能研究087

第一節(jié)引言//088

第二節(jié)堿(土)金屬陽離子沸石分子篩//089

一、常用陽離子沸石分子篩//089

二、鎂陽離子沸石分子篩//094

第三節(jié)過渡金屬陽離子沸石分子篩//099

一、常用陽離子沸石分子篩//099

二、鈷陽離子沸石分子篩//105

三、鈰陽離子沸石分子篩//113

第四節(jié)本章小結(jié)//117

第六章X型沸石分子篩氮氧吸附性能研究121

第一節(jié)引言//122

第二節(jié)堿(土)金屬陽離子沸石分子篩//123

一、制備//123

二、晶相分析//124

三、比表面積分析//125

四、氮氧吸附性能//126

五、小結(jié)//128

第三節(jié)過渡金屬陽離子沸石分子篩//129

一、制備//129

二、晶相分析//130

三、比表面積分析//133

四、氮氧吸附性能//133

五、小結(jié)//136

第四節(jié)本章小結(jié)//137

第七章方沸石和絲光沸石分子篩氮氧吸附性能研究139

第一節(jié)引言//140

第二節(jié)方沸石分子篩//141

一、合成//141

二、氮氧吸附性能//141

第三節(jié)絲光沸石分子篩//143

一、制備//143

二、晶相分析//144

三、比表面積分析//145

四、氮氧吸附性能//146

第四節(jié)本章小結(jié)//149

第八章結(jié)論151

參考文獻(xiàn)155 2100433B

本書介紹了以廉價(jià)的高嶺土為原料，利用水熱合成法開展了沸石分子篩合成研究，借助于XRD分析了晶化反應(yīng)條件對(duì)沸石分子篩結(jié)晶的影響，討論了不同類型沸石分子篩的結(jié)晶變化規(guī)律和相轉(zhuǎn)變規(guī)律；利用XRD、比表面積及孔隙率分析儀等測試技術(shù)對(duì)其晶相、比表面積、氮氧吸附量進(jìn)行了系統(tǒng)測試表征；探討了沸石分子篩的類型、平衡陽離子性質(zhì)等因素對(duì)其氮氧吸附性能的重要影響。

吸附性能

沸石分子篩的吸附是一種物理變化過程。產(chǎn)生吸附的原因主要是分子引力作用在固體表面產(chǎn)生的一種“表面力”，當(dāng)流體流過時(shí)，流體中的一些分子由于做不規(guī)則運(yùn)動(dòng)而碰撞到吸附劑表面，在表面產(chǎn)生分子濃聚，使流體中的這種分子數(shù)目減少，達(dá)到分離、清除的目的。由于吸附不發(fā)生化學(xué)變化，只要設(shè)法將濃聚在表面的分子趕跑，沸石分子篩就又具有吸附能力，這一過程是吸附的逆過程，叫解析或再生。由于沸石分子篩孔徑均勻，只有當(dāng)分子動(dòng)力學(xué)直徑小于沸石分子篩孔徑時(shí)才能很容易進(jìn)入晶穴內(nèi)部而被吸附，所以沸石分子篩對(duì)于氣體和液體分子就猶如篩子一樣，根據(jù)分子的大小來決定是否被吸附。由于沸石分子篩晶穴內(nèi)還有著較強(qiáng)的極性，能與含極性基團(tuán)的分子在沸石分子篩表面發(fā)生強(qiáng)的作用，或是通過誘導(dǎo)使可極化的分子極化從而產(chǎn)生強(qiáng)吸附。這種極性或易極化的分子易被極性沸石分子篩吸附的特性體現(xiàn)出沸石分子篩的又一種吸附選擇性。

離子交換性能

通常所說的離子交換是指沸石分子篩骨架外的補(bǔ)償陽離子的交換。沸石分子篩骨架外的補(bǔ)償離子一般是質(zhì)子和堿金屬或堿土金屬，它們很容易在金屬鹽的水溶液中被離子交換成各種價(jià)態(tài)的金屬離子型沸石分子篩。離子在一定的條件下，如水溶液或受較高溫度時(shí)比較容易遷移。

在水溶液中，由于沸石分子篩對(duì)離子選擇性的不同，則可表現(xiàn)出不同的離子交換性質(zhì)。金屬陽離子與沸石分子篩的水熱離子交換反應(yīng)是自由擴(kuò)散過程。擴(kuò)散速度制約著交換反應(yīng)速度。

催化性能

沸石分子篩具有獨(dú)特的規(guī)整晶體結(jié)構(gòu)，其中每一類都具有一定尺寸、形狀的孔道結(jié)構(gòu)，并具有較大比表面積。大部分沸石分子篩表面具有較強(qiáng)的酸中心，同時(shí)晶孔內(nèi)有強(qiáng)大的庫侖場起極化作用。這些特性使它成為性能優(yōu)異的催化劑。多相催化反應(yīng)是在固體催化劑上進(jìn)行的，催化活性與催化劑的晶孔大小有關(guān)。沸石分子篩作為催化劑或催化劑載體時(shí)，催化反應(yīng)的進(jìn)行受到沸石分子篩晶孔大小的控制。晶孔和孔道的大小和形狀都可以對(duì)催化反應(yīng)起著選擇性作用。在一般反應(yīng)條件下沸石分子篩對(duì)反應(yīng)方向起主導(dǎo)作用，呈現(xiàn)了擇形催化性能，這一性能使沸石分子篩作為催化新材料具有強(qiáng)大生命力。

沸石分子篩是一種無機(jī)晶體材料，因具有規(guī)整的孔道結(jié)構(gòu)、較強(qiáng)的酸性和高的水熱穩(wěn)定性而廣泛應(yīng)用于催化、吸附和離子交換等領(lǐng)域中，并起著不可替代的作用。人們對(duì)于沸石分子篩的人工合成研究可追溯到 20 世紀(jì) 40 年代，Barrer 等通過對(duì)天然礦物在熱的鹽溶液中相態(tài)轉(zhuǎn)變的研究，首次實(shí)現(xiàn)了沸石分子篩的人工合成，自此揭開了人工合成沸石分子篩的序幕。

最早發(fā)現(xiàn)的是天然沸石，大約有50多種，早期對(duì)它們的用途很少開發(fā)．其應(yīng)用主要局限于氣體的干燥、純化及分離。二十世紀(jì)50年代A和x型沸石，特別是Y型沸石的人工合成及其在催化裂解上的應(yīng)用被看成是沸石材料工業(yè)和商業(yè)化的開端。從那時(shí)到現(xiàn)在的半個(gè)世紀(jì)里，沸石分子篩的研究經(jīng)歷了三個(gè)主要發(fā)展階段，即七十年代ZSM-5的合成、八十年代AIPO_4-n系列分子篩的合成和九十年 代M4lS介孔類分子篩的合成?，F(xiàn)今沸石分子篩的種類已至少超過120多種，孔道尺寸從微孔擴(kuò)展到了中孔，骨架化學(xué)組成從硅酸鋁擴(kuò)展到了含有各種雜原子的硅鋁酸鹽及磷鋁酸鹽，已成為石油加工和精細(xì)化工中不可缺少的催化和吸附材料。

沸石分子篩是結(jié)晶鋁硅酸金屬鹽的水合物，其化學(xué)通式為：Mx/m[(AlO₂)x·(SiO₂)y]·zH₂O。M代表陽離子，m表示其價(jià)態(tài)數(shù)，z表示水合數(shù)，x和y是整數(shù)。沸石分子篩活化后，水分子被除去，余下的原子形成籠形結(jié)構(gòu)，孔徑為3～10?。分子篩晶體中有許多一定大小的空穴，空穴之間有許多同直徑的孔（也稱“窗口”）相連。由于分子篩能將比其孔徑小的分子吸附到空穴內(nèi)部，而把比孔徑大的分子排斥在其空穴外，起到篩分分子的作用，故得名分子篩。沸石分子篩在自然界中即可存在，人工大量合成是從上世紀(jì)70年代開始。