纳米NaY沸石分子筛的合成与表征

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纳米NaY沸石分子筛具有较大的外表面、更多的酸性位点、更多的催化活性中心、短而规整的孔道结构和较高的晶内扩散速率,在增强大分子转化能力、提高产物选择性、提高催化剂的利用率、减小深度反应、减少产物的二次裂化和降低催化剂结焦失活以及抗硫、抗氮和抗重金属污染等方面均表现出比常规粒径的NaY分子筛更为优越的性能,在石油化工等领域有着广阔的应用前景。因此,合成性能良好的纳米NaY分子筛有着重要的工业应用价值。本文以工业级水玻璃为硅源,在无模板剂、无导向剂、无添加剂条件下采用动态水热晶化法成功合成了结晶度较高的纳米NaY沸石分子筛。利用XRD、FTIR、SEM、粒度分析仪、N272吸附-脱附、29Si和Al NMR以及ICP表征分析了合成体系的Na2O/Al2O3、SiO2/Al2O3、H2O/Al2O3、硫酸铝酸度、初始凝胶陈化温度与陈化时间以及晶化温度与时间对合成NaY分子筛晶粒大小的影响。结果表明:随着Na2O/Al2O3比值的增大,NaY分子筛平均粒径在减小,相对结晶度与骨架硅铝比也在不断降低,一旦该比例大于17时,就会导致NaY分子筛向P型分子筛转变;随着SiO2/A12O3比值的增加,分子筛产物的晶粒尺寸在逐步增大,同时骨架硅铝比和结晶度也在增高;降低H2O/Al2O3比有利于促进小晶粒NaY分子筛的生成,同时骨架硅铝比和结晶度也在下降,而一旦H2O/Al2O3≤240时,就会有P型杂晶出现;分子筛晶粒尺寸与结晶度以及骨架硅铝比都随着硫酸铝酸度的降低而减小,但酸度过低就会出现P型杂晶。NaY分子筛的平均粒径随着初始凝胶陈化温度的升高而减小,当陈化温度为70℃时,NaY分子筛已转变为P型分子筛;随着初始凝胶陈化时间的延长,NaY分子筛的粒径在逐渐变小,但陈化时间大于5h时,就会有P型杂晶出现;增加晶化时间不利于纳米NaY分子筛的合成;提高晶化温度会增加NaY分子筛的粒径,晶化温度选90℃为宜;通过优化合成条件,我们选取初始凝胶摩尔比为16Na2O:Al2O3:15SiO2:360H2O的配方,硫酸铝酸度为1.150mol/L,凝胶陈化温度为65℃,陈化时间为4h,晶化温度为90℃,晶化时间为24h的合成条件制备出了平均粒径在80nm左右且粒度分布较窄骨架硅铝比在2.18的纳米NaY分子筛,并与常规工业NaY进行了一系列比较。研究了不同添加剂对合成纳米NaY分子筛分散程度的影响。实验结果表明,少量乙醇的加入确实起到了分散的作用;NaCl加入减小了合成NaY分子筛的粒径与硅铝比,但没有起到分散剂的作用;表面活性剂OAC加入合成出的分子筛粒度分布均匀,聚集程度小,结晶度高;JEM的加入并没有减轻合成出的分子筛的聚集程度;MES的加入减缓了合成分子筛的团聚程度,但分子筛粒径稍微变大;SDS、AOS加入对合成分子筛的粒径基本没有影响,也没有减缓团聚现象;表面活性剂和NaCl同时加入减小了分子筛的晶粒尺寸,但粒径分布变宽更加不均一。
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