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ZSM-5分子筛是由美国Mobil公司于1972年首先开发出的一种高硅三维交叉孔道的沸石分子筛。其孔道结构具有良好的择形作用,因此被广泛应用于芳构化、异构化、烷基化和催化裂化等工业催化过程。ZSM-5分子筛的催化性能与其晶粒尺寸、酸性及形貌等密切相关,一直是诸多研究者关注的焦点。改变合成方法和制备参数可以合成出不同形貌的ZSM-5分子筛,但目前关于ZSM-5分子筛的形貌对其物理化学性质和催化性能影响的报道较少。 本文采用水热合成法,改变制备参数以合成不同形貌的ZSM-5分子筛。通过X射线荧光光谱(XRF)、N2物理吸脱附(BET)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、固体核磁(MAS NMR)、NH3程序升温脱附(NH3-TPD)及吡啶吸附的红外光谱(Py-IR)等手段对不同形貌分子筛的物理化学性质、形貌、晶体骨架结构和酸性进行表征,并以甲醇制烯烃(MTO)和甲醇制芳烃(MTA)为探针反应,着重研究了ZSM-5分子筛的形貌和晶体结构特性对其酸性和催化性能的影响。本论文主要研究成果有以下几个方面: (1)考察了硅铝比、晶化温度、晶化时间和模板剂类型及用量等制备参数对ZSM-5分子筛合成的影响。结果表明,在一定条件下,分别采用1,6-己二胺、乙胺和乙二胺为模板剂可以合成出类雪花状、椭圆柱状和夹心糖状的ZSM-5分子筛。 (2)选取以上三个不同形貌的ZSM-5分子筛,制备Ca/HZSM-5催化剂,以甲醇制烯烃(MTO)为探针反应,考察了ZSM-5分子筛的形貌和晶体结构特性对其酸性和催化性能的影响。结果表明:尽管三种分子筛的硅铝比和BET比表面积相近;与其他两个常规形貌的椭圆柱状、夹心糖状ZSM-5分子筛相比,类雪花状ZSM-5分子筛由于晶体结构的扭曲、错位和不对称性具有较高的总酸量和较少的B酸;其特殊的几何结构外形,更有利于反应物与产物的扩散。随着反应温度的升高,三个催化剂的总烯选择性和丙烯选择性均呈先升高后降低的趋势。特殊形貌类雪花状的ZSM-5分子筛催化剂在甲醇转化率相近的情况下,具有最高的总烯烃选择性;在反应温度为460℃时,总烯烃选择性为72%,丙烯选择性达到39%。 (3)选取以上三个不同形貌的ZSM-5分子筛,制备Zn/HZSM-5催化剂,以甲醇制芳烃(MTA)为探针反应,考察了ZSM-5分子筛的形貌和晶体结构特性对其酸性和催化性能的影响。结果表明:经Zn改性后,不同形貌Zn/HZSM-5催化剂的比表面积、微孔表面积均有明显的下降,外比表面积略有增加;与类雪花状催化剂和椭圆柱状催化剂相比,夹心糖状催化剂的外比表面积增大的幅度较大;同时,三个催化剂的总酸量均有明显下降,而椭圆柱状催化剂酸量下降幅度较小;Py-IR的结果表明,B酸量顺序为:夹心糖状催化剂>类雪花状催化剂>椭圆柱状催化剂。夹心糖状催化剂由于较多的B酸量和Z字形孔道,在甲醇制芳烃(MTA)反应中表现出较高的芳烃选择性。