沸石分子筛合成与吸附性能研究

第一章绪论001

第一节沸石分子筛及其吸附性能//002

一、沸石分子筛简介//002

二、吸附简介//006

三、沸石分子筛吸附机理//007

第二节沸石分子筛合成研究//008

一、沸石分子筛合成方法//008

二、以高岭土为原料合成沸石分子筛研究//013

第三节沸石分子筛气体吸附性能研究//019

一、吸附剂研究//019

二、沸石分子筛氮氧吸附性能研究//021

三、吸附研究方法//037

第四节选题意义及研究内容//039

第二章实验部分043

第一节实验试剂及设备仪器//044

一、实验试剂//044

二、实验设备//045

三、分析仪器//045

第二节表征及性能测试//046

一、X射线粉末衍射分析//046

二、傅立叶变换红外光谱分析//046

三、化学组成分析//046

四、扫描电镜分析//047

五、气体吸附等温线测定//047

六、比表面积测定//047

七、水静态饱和吸附量测定//047

八、阳离子定性检测分析//048

第三章以高岭土为原料未添加硅铝源沸石分子筛合成研究051

第一节引言//052

第二节结晶相图//053

一、NaX（1）沸石分子筛结晶相区//054

二、NaX（2）沸石分子筛结晶相区//057

三、NaP沸石分子筛结晶相区//065

四、SOD沸石分子筛结晶相区//067

第三节本章小结//070

第四章以高岭土为原料添加硅铝源沸石分子筛合成研究073

第一节引言//074

第二节添加铝源沸石分子筛合成研究//075

一、硅铝比对沸石分子筛结晶的影响//075

二、晶化温度对沸石分子筛结晶的影响//077

三、晶化时间对沸石分子筛结晶的影响//078

四、反应体系碱度对沸石分子筛结晶的影响//080

五、小结//081

第三节添加硅源沸石分子筛合成研究//081

第四节本章小结//085

第五章A型沸石分子筛氮氧吸附性能研究087

第一节引言//088

第二节碱(土)金属阳离子沸石分子筛//089

一、常用阳离子沸石分子筛//089

二、镁阳离子沸石分子筛//094

第三节过渡金属阳离子沸石分子筛//099

一、常用阳离子沸石分子筛//099

二、钴阳离子沸石分子筛//105

三、铈阳离子沸石分子筛//113

第四节本章小结//117

第六章X型沸石分子筛氮氧吸附性能研究121

第一节引言//122

第二节碱(土)金属阳离子沸石分子筛//123

一、制备//123

二、晶相分析//124

三、比表面积分析//125

四、氮氧吸附性能//126

五、小结//128

第三节过渡金属阳离子沸石分子筛//129

一、制备//129

二、晶相分析//130

三、比表面积分析//133

四、氮氧吸附性能//133

五、小结//136

第四节本章小结//137

第七章方沸石和丝光沸石分子筛氮氧吸附性能研究139

第一节引言//140

第二节方沸石分子筛//141

一、合成//141

二、氮氧吸附性能//141

第三节丝光沸石分子筛//143

一、制备//143

二、晶相分析//144

三、比表面积分析//145

四、氮氧吸附性能//146

第四节本章小结//149

第八章结论151

参考文献155 2100433B

本书介绍了以廉价的高岭土为原料，利用水热合成法开展了沸石分子筛合成研究，借助于XRD分析了晶化反应条件对沸石分子筛结晶的影响，讨论了不同类型沸石分子筛的结晶变化规律和相转变规律；利用XRD、比表面积及孔隙率分析仪等测试技术对其晶相、比表面积、氮氧吸附量进行了系统测试表征；探讨了沸石分子筛的类型、平衡阳离子性质等因素对其氮氧吸附性能的重要影响。

吸附性能

沸石分子筛的吸附是一种物理变化过程。产生吸附的原因主要是分子引力作用在固体表面产生的一种“表面力”，当流体流过时，流体中的一些分子由于做不规则运动而碰撞到吸附剂表面，在表面产生分子浓聚，使流体中的这种分子数目减少，达到分离、清除的目的。由于吸附不发生化学变化，只要设法将浓聚在表面的分子赶跑，沸石分子筛就又具有吸附能力，这一过程是吸附的逆过程，叫解析或再生。由于沸石分子筛孔径均匀，只有当分子动力学直径小于沸石分子筛孔径时才能很容易进入晶穴内部而被吸附，所以沸石分子筛对于气体和液体分子就犹如筛子一样，根据分子的大小来决定是否被吸附。由于沸石分子筛晶穴内还有着较强的极性，能与含极性基团的分子在沸石分子筛表面发生强的作用，或是通过诱导使可极化的分子极化从而产生强吸附。这种极性或易极化的分子易被极性沸石分子筛吸附的特性体现出沸石分子筛的又一种吸附选择性。

离子交换性能

通常所说的离子交换是指沸石分子筛骨架外的补偿阳离子的交换。沸石分子筛骨架外的补偿离子一般是质子和碱金属或碱土金属，它们很容易在金属盐的水溶液中被离子交换成各种价态的金属离子型沸石分子筛。离子在一定的条件下，如水溶液或受较高温度时比较容易迁移。

在水溶液中，由于沸石分子筛对离子选择性的不同，则可表现出不同的离子交换性质。金属阳离子与沸石分子筛的水热离子交换反应是自由扩散过程。扩散速度制约着交换反应速度。

催化性能

沸石分子筛具有独特的规整晶体结构，其中每一类都具有一定尺寸、形状的孔道结构，并具有较大比表面积。大部分沸石分子筛表面具有较强的酸中心，同时晶孔内有强大的库仑场起极化作用。这些特性使它成为性能优异的催化剂。多相催化反应是在固体催化剂上进行的，催化活性与催化剂的晶孔大小有关。沸石分子筛作为催化剂或催化剂载体时，催化反应的进行受到沸石分子筛晶孔大小的控制。晶孔和孔道的大小和形状都可以对催化反应起着选择性作用。在一般反应条件下沸石分子筛对反应方向起主导作用，呈现了择形催化性能，这一性能使沸石分子筛作为催化新材料具有强大生命力。

沸石分子筛是一种无机晶体材料，因具有规整的孔道结构、较强的酸性和高的水热稳定性而广泛应用于催化、吸附和离子交换等领域中，并起着不可替代的作用。人们对于沸石分子筛的人工合成研究可追溯到 20 世纪 40 年代，Barrer 等通过对天然矿物在热的盐溶液中相态转变的研究，首次实现了沸石分子筛的人工合成，自此揭开了人工合成沸石分子筛的序幕。

最早发现的是天然沸石，大约有50多种，早期对它们的用途很少开发．其应用主要局限于气体的干燥、纯化及分离。二十世纪50年代A和x型沸石，特别是Y型沸石的人工合成及其在催化裂解上的应用被看成是沸石材料工业和商业化的开端。从那时到现在的半个世纪里，沸石分子筛的研究经历了三个主要发展阶段，即七十年代ZSM-5的合成、八十年代AIPO_4-n系列分子筛的合成和九十年 代M4lS介孔类分子筛的合成。现今沸石分子筛的种类已至少超过120多种，孔道尺寸从微孔扩展到了中孔，骨架化学组成从硅酸铝扩展到了含有各种杂原子的硅铝酸盐及磷铝酸盐，已成为石油加工和精细化工中不可缺少的催化和吸附材料。

沸石分子筛是结晶铝硅酸金属盐的水合物，其化学通式为：Mx/m[(AlO₂)x·(SiO₂)y]·zH₂O。M代表阳离子，m表示其价态数，z表示水合数，x和y是整数。沸石分子筛活化后，水分子被除去，余下的原子形成笼形结构，孔径为3～10Å。分子筛晶体中有许多一定大小的空穴，空穴之间有许多同直径的孔（也称“窗口”）相连。由于分子筛能将比其孔径小的分子吸附到空穴内部，而把比孔径大的分子排斥在其空穴外，起到筛分分子的作用，故得名分子筛。沸石分子筛在自然界中即可存在，人工大量合成是从上世纪70年代开始。