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本文以四丙基溴化铵为模板剂,硅酸钠和硫酸铝分别为硅源和铝源,用水热晶化法合成ZSM-5分子筛,采用XRD、TPD、BET技术对所制备的试样进行了表征。本文考察了硅铝比、碱度、水含量、模板剂量、添加剂等原料配比对合成ZSM-5分子筛结晶度及晶粒尺寸的影响,并对其机理做了简单的讨论。最后,本文将所制备的小晶粒ZSM-5分子筛应用于异丁烯胺化反应,研究了晶粒尺寸及元素改性对ZSM-5分子筛催化胺化性能的影响。
主要结果如下:
(1)采用水热晶化法,静态下合成ZSM-5分子筛,当合成摩尔比是Al2O3∶SiO2∶Na2O∶H2O∶模板剂=1∶80∶7∶3000∶10,于160℃下晶化20小时,所得ZSM-5分子筛的结晶度最大;动态搅拌(搅拌速度300转/分),可以提高产品的结晶度,而加入NaCl、NaBr和Na2SO4时产品结晶度也有较明显提高,其中以NaBr效果最好,结晶度可达115.4%。
(2)在低温加盐的条件下合成小晶粒ZSM-5分子筛,当合成配比(摩尔比)是Al2O3∶SiO2∶Na2O∶H2O∶NaCl=1∶80∶5∶3000∶40,于120℃下晶化100小时(搅拌速度300转/分),得到的ZSM-5的晶粒尺寸最小。综合考虑结晶度和晶粒尺寸,最终选定最佳合成配比(摩尔比)是Al2O3∶SiO2∶Na2O∶H2O∶NaCl∶模板剂=1∶80∶7∶3000∶40∶10,此时产品的晶粒尺寸为35.6nm。
(3)异丁烯胺化反应结果表明:自制的氢型及改性的小晶粒ZSM-5分子筛催化剂对异丁烯胺化反应有较高的活性,同时对叔丁胺有很好的选择性。随着ZSM-5分子筛晶粒尺寸的减小,叔丁胺得率呈上升趋势。其中,2%Pr改性的ZSM-5分子筛在反应压力2MPa,反应温度250℃,空速180h-1的工艺条件下,异丁烯转化率为9.09%,叔丁胺选择性为100%。