摘要
ZSM-5分子筛因其具有独特的交叉十元环孔道、可调控的酸性位点和良好水热稳定性等性能，在各种石化产品加工过程如催化裂化、烷基化、异构化等领域有着极为广阔的应用。但是传统ZSM-5分子筛只具备微孔孔道，在催化反应中易出现积炭和寿命缩短等问题。而引入介孔或大孔结构形成多级孔结构的ZSM-5分子筛则可以在一定程度上解决此问题，但是关于构造多级孔ZSM-5分子筛的相关合成方法仍存在一定的问题。 为了构造多级孔结构，本文采用纳米粒子堆积组装形成介孔结构的策略，分别使用单一模板法和CTAB辅助晶种法合成了具有多级孔结构的纳米晶和纳米棒团聚体ZSM-5分子筛，考察并优化了各类合成条件。主要研究内容和结果如下： （1）使用单一微孔模板剂，通过控制体系中一次纳米粒子的数量和粒径，合成了由50-100nm的一次纳米粒子自组装堆积而成的纳米晶团聚体ZSM-5分子筛，一次纳米粒子堆积过程产生介孔结构。结合XRD、SEM和氮气吸附/脱附等表征手段考察了凝胶组成和晶化方式等因素对合成纳米晶团聚体分子筛的影响规律，研究发现：低硅铝比更有利于多级孔纳米晶团聚体ZSM-5分子筛的形成，适量的NaOH、TPAOH和乙醇都能够促进一次纳米粒子的生长，Na+可以控制一次纳米粒子的数量和大小，并且调控Na+含量解决了动态晶化造成的成核速率下降问题，优化得到了最佳的小试配比。使用3L高压合成釜对小试最佳配方进行40倍中试放大合成，成功获得类似小试合成的高结晶度、高产率的产品。该方法合成成本低，操作简易，具备工业化潜力。 （2）以极少量CTAB辅助，在无有机模板剂条件下使用晶种法合成一次纳米粒子沿c轴取向生长的多级孔纳米棒团聚体ZSM-5分子筛，通过一次纳米粒子的堆积形成介孔结构。结合XRD、SEM和氮气吸附/脱附等表征手段考察了硅铝比、水硅比、CTAB添加量、S-1晶种添加量等因素对纳米棒团聚体的形貌和结晶程度影响规律，研究发现：纳米棒团聚体只能于低硅铝比条件下合成，水硅比较大时一次粒子呈c轴取向生长形貌，c轴长度可达200-300nm，适量的CTAB促进一次纳米粒子的形成和团聚使得单个二次粒子上的一次粒子数量增多，较低晶种添加量即可诱导纳米棒团聚体的形成，1.0%晶种添加量时产品结晶度最高，晶种是导致一次纳米粒子取向生长的关键因素，优化后得到最佳的合成配比的产率超90%。该方法所需原料价格低廉，操作简单，合成过程污染小，是一种绿色环保的合成多级孔ZSM-5分子筛路线。
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