SAPO-34分子筛的合成及形貌控制研究.doc
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1、 毕 业 设 计(论 文) 题目:SAPO-34分子筛的合成及形貌控制研究子题: 专 业: 材料化学 指导教师: 宋宇 学生姓名: 董卉 班级-学号: 材化091-22 2013年 06 月大连工业大学本科毕业设计(论文)SAPO-34分子筛的合成及形貌控制研究Synthesis and Morphology Control of SAPO-34 Molecular Sieve设计(论文)完成日期 2013 年 06 月 06 日学 院: 纺织与材料工程学院 专 业: 材料化学 学 生 姓 名: 董卉 班 级 学 号: 材化091-22 指 导 教 师: 宋宇 评 阅 教 师: 史非 2013
2、年 06月大连工业大学2013届本科生毕业设计(论文)注:页眉,居中,楷体,五号。阅后删除此文本框。摘 要磷酸硅铝(SAPO)系列分子筛是一类重要的沸石分子筛,Si原子通过同晶取代进入了磷酸铝(AlPO4-n)分子筛骨架内,使原本显中性的骨架具有了布朗斯特(Brnsted)酸性位点。这一类分子筛材料在吸附、分离、催化、离子交换等方面有广泛的应用价值,因此SAPO系列分子筛在化工领域有重要的地位。大量的研究表明,沸石分子筛晶体的形状和尺寸对其性能有着显著的影响,因此讨论合成条件对分子筛形貌的影响,对分子筛的定向合成具有重大意义。本论文详细讨论了H2O/Al2O3的比、陈化时间以及F-的存在等因素
3、对SAPO-34分子筛晶体形貌的影响,可通过改变合成条件对晶体形貌进行可控调变,如:合成SAPO-34分子筛晶体比较理想的H2O/Al2O3为50-80,调变H2O/Al2O3 的比100时,CHA结构(SAPO-34)与AFI结构(SAPO-5)共存,继续增加体系中水的量得到SAPO-5分子筛纯相;实验过程中还发现延长陈化时间可使SAPO-34分子筛形貌由片状晶叠积的立方体向球形转变,当陈化时间超过8h,可得到粒径均一的球形SAPO-34分子筛晶体;向前驱体溶液中加入少量HF,可使SAPO-34分子筛晶体的形貌由表面粗糙的立方晶体变为分散的球形晶体;在分子筛合成的过程中掺杂金属元素能提高分子
4、筛的结晶度,对分子筛的性能也有一定程度上的改变;在原料配比、反应温度等条件不改变的情况下改变热源,用微波辐照代替烘箱水热,会合成出具有球形晶貌的纯相SAPO-5分子筛。关键词:SAPO-34;分子筛;陈化时间;形貌AbstractSilicoaluminophosphate molecular sieves(SAPO) are an important class of zeolites which may possess Brnsted acidic sites with the substitution of Si into the neutral framework of AlPO4-n
5、. These materials play an important role in the chemical industry due to their wide applications in catalysis,chemical separation, ion-exchange and membranes. Extensive studies indicate that the morphology of zeolites can effectively affect their properties and applications. The catalytic adsorption
6、 or other guest-transport dependent performance of zeolite materials may be strongly correlated with the particle morphology due to the diffusion limitations of guest molecules in the micropores. In some cases, the superior performance has been attributed to crystal shape and size characteristics. T
7、herefore, it is of importance to develop the synthetic strategies for the control of crystal size and morphology of zeolite materials.In this thesis, the impact of the H2O/Al2O3 molar ratio, aging time and the presence of F- on SAPO-34 zeolite crystal were discussed.When the H2O/Al2O3 molar ratios w
8、ere in the range of 5080, the resultant crystals were SAPO-34 zeolite crystal; further increasing the H2O/Al2O3 molar ratios to 100,CHA Structure and AFI Structure exist at the same time;while the H2O/Al2O3 molar ratios were increasing to 200, we can obtain the pure chase SAPO-5 zeolite crystal. Dur
9、ing the experiment also found that prolonged aging time over 8h, pure phase SAPO-34 zeolite crystals can be obtained. A small amount of HF was added to precursor solution, SAPO-34 zeolite crystals can morphology of cubic crystal the surface roughness becomes dispersed spherical crystals. In the proc
10、ess of synthesis of zeolite doped with metal elements can improve the crystallinity of the molecular sieve, the molecular sieve performance is also change to a certain extent.In the case of the reaction temperature and other conditions are not changed,just change the heat source, using microwave irr
11、adiation instead of hydrothermal ,will synthesize pure phase of SAPO-5 zeolite crystals. Key Words:SAPO-34;Molecular Sieve;Aging time;Morphology目 录摘 要IAbstractII目 录III引 言1第一章 文献综述31.1 沸石分子筛的简介31.2 沸石分子筛的发展31.3 分子筛的结构41.4 分子筛的合成61.4.1 水热合成法61.4.2 固相合成81.4.3 气相合成81.4.4 离子液体合成法81.5 合成条件对分子筛形貌的影响81.6 分子
12、筛的形貌控制101.7 本论文的创新点11第二章 实验部分122.1 主要试剂和仪器122.1.1 主要试剂122.1.2 主要仪器122.2 实验过程132.2.1 样品的制备132.2.2 样品的表征14第三章 结果与讨论153.1 H2O/ Al2O3对合成分子筛的影响173.2陈化时长对合成分子筛的影响213.3 氟离子对合成分子筛的影响233.4掺杂金属元素对合成分子筛的影响253.5不同模板剂对合成分子筛的影响283.6不同加热方法对合成分子筛的影响29结 论32参考文献33致 谢37本科在校期间工作总结38- IV -大连工业大学2013届本科生毕业设计(论文)引 言当今生活中,
13、材料已经成为了人们生活中不可或缺的重要部分,其中不同的材料扮演着不同的角色、发挥着自己独特的作用。多孔分子筛材料作为一种无机非金属晶体材料,具有选择吸附、离子交换、催化裂解等特殊作用,因此大量的新型分子筛晶体被后继研究者发现,使分子筛晶体家族不断壮大。SAPO系列分子筛是将Si引入到磷铝酸盐(AlPO4-n)中,使分子筛的催化性能有了质的飞跃。由于SAPO-34分子筛具有特殊的小孔结构、孔径尺寸和适宜的中强酸性,使得它在CO2/CH4分离、热量的热化学存储以及氢气净化等方面有着十分重要的应用,特别是在石油化工产业中的甲醇/二甲醚制备低碳烯烃(MTO/DTO)反应中,展现出了优良的催化性和选择性
14、,有很好的应用前景。对于具有特定孔道的一类分子筛,不同的晶体形貌会使分子筛材料的表面积有很大差异。客体分子通过孔道开口进入分子筛晶体表面的速率及能力就可能因表面积的不同而受到促进或抑制。晶体的形貌和尺寸也会改变客体分子通过孔道扩散的路径,往往导致反应动力学的改变而对分子筛的应用产生巨大影响。比如说,大的晶体具有较高的选择性,但反应路径的延长却会降低反应效率。因此,想要达到分子筛催化剂最大的选择性和有效性,就要控制晶体的形状和尺寸以达到最优化的比例。SAPO-34分子筛的形状和尺寸受结构导向剂的影响很大。Falconer1等人利用复合结构导向剂制备出SAPO-34晶种用来制备SAPO-34分子筛
15、膜,他们研究发现,当晶种的尺寸小于1m时,所制得的SAPO-34分子筛膜在CO2/CH4分离过程中具有更高的CO2透过率。他们通过改变复合结构导向剂的组成,有效地控制了SAPO-34分子筛晶种的形貌:当当单独使用四乙基氢氧化胺作为结构导向剂时,以硅溶胶为硅源可得到2.43.0m的长方体SAPO-34晶体,使用正硅酸乙酯作硅源则得到直径为0.5m的球状晶体;若使用四乙基氢氧化胺作为第一结构导向剂、环己胺或二丙胺作为第二结构导向剂,则可分别得到1.01.4m的长方体或者边长为0.7m的正方体;如果使用这三种结构导向剂的混合物,则可得到尺寸为0.61.0m的长方体。Nishiyama等人2运用干凝胶
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- 关 键 词:
- SAPO 34 分子筛 合成 形貌 控制 研究
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