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催化领域的应用
沸石分子筛具有复杂多变的结构和特的孔道体系,是一种性能优良的催化剂。ZSM- 5 与Y型沸石分子筛共同作用应用于 FCC 反应,以获得较高产率的汽油、丙烯和丁烯。MCM- 22 沸石分子筛在烷基化反应上具有显著的优势,例如 MCM- 22 作为液相烷基化催化剂催化苯和乙烯反应制备乙苯,不仅提高了乙苯选择性,并且 MCM- 22 本身的稳定性高,用量少,可以在反应器中进行原位再生,而其它种类催化剂则从反应器中取出另行再生。在短链烷基取代芳烃的合成反应上,MCM- 56 有更好的活性,并且不容易失活。ZSM- 22 在许多工艺中用作催化剂,但主要是用于丁烯骨架异构和正庚烷异构化两个方面。
合成沸石分子筛的基本原料有:硅源、铝源、碱源、金属阳离子、其它矿化剂、模板剂和水等。常用的硅源有白炭黑、硅溶胶、固体硅胶、有机硅酸酯、水玻璃等。常用的铝源有偏铝酸钠、硫酸铝、薄水铝石、金属铝、硝酸铝、异丙醇铝、氢氧化铝等。碱源有氢氧化钠,氢氧化钾等。金属阳离子包括碱金属阳离子和碱土金属离子如:Li+、Na+、K+、Ca2+、Ba2+等。分子筛合成的矿化剂有两种:氢氧根离子和氟离子。模板剂有各种含氮的有机物、季磷盐等。
对于合成沸石分子筛,温度是一个很重要的因素。温度变化会影响水在反应釜中的压力的变化、硅铝酸盐的聚合状态和聚合反应、凝胶的生成和溶解与转变、分子筛的成核与生长以及介稳相间的转晶。相同的体系在不同的温度下可能会得到完全不一样的物相,温度越高得到的沸石的尺寸和孔体积越小,晶体骨架密度相应增大。一般而言在150 °C以下,初级结构往往是四元环或六元环,而当温度150 °C,则往往是五元环的初级结构单元。由此可见,在高温水热条件下,无机物(主要是硅铝酸盐物种)的造孔规律和晶化温度与水蒸汽压之间存在着密切的联系。
晶化时间往往也是分子筛合成的一个重要因素。晶化时间不够常常会有大量的原料未转化,时间过长,往往会发生晶体转晶的现象,一般由比较空旷的结构转化为比较致密的结构。晶化时间与晶化温度往往是相辅相成的,降低温度,就要增加晶化时间;升高温度,有时就要缩短晶化时间。