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晶种诱导合成ZSM-5多晶聚集体及其在甲醇制碳氢化合物中的催化性能
王旭昌, 焦楚钰, 季卓, 焦其瑞, 秦波, 杜艳泽, 郑家军, 李瑞丰
无机材料学报    2024, 39 (8): 945-954.   DOI:10.15541/jim20240016
摘要   (249 HTML7 PDF(pc) (6362KB)(96)  

合成ZSM-5沸石通常以小分子多元胺或季铵盐作为有机结构导向剂(OSDA)。无OSDA的水热合成体系避免了使用有机模板和随后的煅烧步骤, 这不仅可以降低合成成本, 而且避免因有机模板燃烧造成环境污染, 是一种环境友善的合成方法。然而, 已有的研究显示, 某些有机物如乙醇, 会或多或少地参与所谓的无模板合成系统。为确保合成体系中不带入有机模板, 本研究以煅烧的商用ZSM-5沸石为晶种, 铝酸钠为铝源, 硅溶胶为硅源, 在无OSDA的体系中成功制备了一种由棒状纳米晶组成的多晶ZSM-5聚集体。详细研究了ZSM-5晶种的硅/铝比、加入量和晶化条件(如晶化温度以及晶化时间)等对ZSM-5沸石合成的影响。研究结果表明:以含质量分数5.6% MFI拓扑结构晶种的凝胶前驱体为原料, 经水热处理48 h, 可制得由尺寸小于100 nm的初级纳米晶粒组成的高结晶度ZSM-5多晶聚集体; ZSM-5晶种的硅/铝比不影响样品的拓扑结构、孔结构, 但低硅/铝比的晶种更有利于目标沸石快速结晶, 并更有利于获得高酸量尤其是较强酸量的ZSM-5。采用甲醇脱水考察合成的多晶ZSM-5的催化性能, 并与商用参比ZSM-5r催化剂进行比较。结果表明, 与参比催化剂相比, 合成的样品因疏松聚集的纳米初级晶粒堆积形成多级孔而具有较长的催化寿命(16 h vs 8 h), 且合成的多晶聚集体催化剂具有较高的芳烃选择性(28.1%~29.8% vs 26.5%)。



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Fig. 7 SEM images and corresponding XRD patterns of the samples synthesized at different crystallization temperatures
SEM images of (a) Z518-5.6(100), (b) Z518-5.6(120), (c) Z518-5.6(140), (d) Z518-5.6(160) and (e) Z518-5.6(180); (f) Corresponding XRD patterns of the samples synthesized at different crystallization temperatures All samples were obtained from the same gel precursor as the one yielded the sample Z518-5.6
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