实验八沸石催化剂的制备与成型

《实验八沸石催化剂的制备与成型》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、实验八沸石催化剂的制备与成型沸石也称分子筛，是结晶型的硅铝酸盐，具有均一的孔隙结构，其化学组成口J*表示为：Me(xZn)[(A102)x(SiO2)y]-mH20其中：Me%］金属阳离子，n——为金属阳离子价数，x——为铝原子数，y为硅原子数，m——为水的分子数。分子筛的基本结构单位是硅氧和铝氧四而体(如阁8-la)。四面体通过氧桥和互连接可形成环。环上的四面体通过氧桥和互连接，可构成三维骨架的孔穴(如图8-lb)。(a)TO4

2、/q面体(b)丁04卩袖'体间共用一个顶点图8-1分子筛的初级结构单元在分子筛的晶体结构中，含宥许多形状整齐的多面体笼，不同

3、结构的笼再通过氧桥相互连接形成各种结构不同的分子筛。沸石分子筛的用途很多，在工业上常将它作为吸附剂和催化剂，特别是用于炼油和石油化工中的干燥、吸附及催化裂化、异构化、烷基化等很多反应。它能与很多贵金属结合组成多功能催化剂。沸石催化剂属于固体酸催化剂，它的酸性来源于交换态铵离子的分解、氢离子交换或者是所包含的多价阳离子在脱水吋的水解。由于合成的基木型是Na型分子筛，它不显酸性。必须将多价阳离+或氢质子引入晶格中，冰会使其显现固体酸性。所以制备沸石催化剂往往耍进行离•了交换，将NaY型分子筛转换成HY型。同时通过这种交换，还可以改进分子筛的催化性能，从而获得

4、更广泛的应用。木实验即通过离子交换法制备HY型沸石催化剂。一、实验目的(1)、掌握离子交换法制备HY型沸石催化剂的原理及方法；(2)、掌握催化剂挤条成型的方法。二、实验原理Y型沸石是目前广泛应用的沸石类型，其结构类似于金刚石的密堆立方品系结构。若以P笼这种结构单元取代金刚石的碳原子节点，且用六方柱笼将相邻的W个p笼连接，就形成了八面沸石的晶体结构如图所示。图8-2八面沸石的晶体结构用这种结构继续连接下去就得到Y型分子筛结构，其主要通道孔径大约8〜9人，硅铝比在1.5〜3范围内。在八面沸石型分子筛晶胞结构屮，阳离子的分布有三种优先站住的位置，即位于六方柱笼

5、中心的SP位于p笼六元环中心的Su,和位于八面沸石笼中靠近P笼的四岡环上的Suj。NaY型分子筛的合成是将NaOH、铝源(铝酸钠等)、硅源(硅溶胶、硅凝胶、硅酸钠等)、冈乙基溴化铵(TEABr)等模板剂和去离了•水为原料，按一定摩尔比分别加入到不锈钢反应釜屮在一定温度下晶化数天，产物过滤、洗涤、干燥、焙烧，制得结晶完好的沸石分子筛。HY型沸厶催化剂的制备过程主要由以T几步组成：NaY型分子筛—离了•交换离心分离4洗涤过滤_＞真空干燥-＞成型—焙烧—＞成品(1)、离了•交换分子筛的离子交换反应一般在水溶液中进行，常用的是酸交换或铵交换。交换通常可用无机酸或

6、有机酸。下式表示以HC1进行交换的反应式：NaY+HCl^HY+NaCl酸交换时，沸石晶格上的铝也能被氢离子取代成为脱铝沸石，其催化性能会发生变化。铵交换就是用铵盐溶液对NaY进行离子交换，交换时不会脱铝。用NH4NO3溶液交换时其反应式如下：NaY+NH4NO3<~>NH4Y+NaNO3NH4Y在3001〜5001卜*焙烧，即可转换成具宥酸性催化性能的HY型沸石。离子交换反应是可逆的，故必须进行多次交换冰能达到较高的交换度。溶液的浓度、交换次数、交换时问、交换温度等因素对钠的交换率都有影响。另外离子交换过程屮，位于小笼屮的钠离子一般很难被交换出来，可进

7、行屮间焙烧，使残留的钠离子重新分布，移入易交换的位置，然后再用铵溶液进行交换，这样可以大大提高交换度。(1)、焙烧焙烧是催化剂具有一定活性的不可缺少的步骤。把干燥过的催化剂在不低于反应温度下进行焙烧，进一步提高催化剂的活性，保持催化剂的稳定性和増强催化剂的机械强度。用铵盐交换得到的NH4Y型分子筛，当加热处理吋，铵型变成氢型：NH4型分子筛加热350-5賈〉H型分子筛+NH3如将温度进一步提高，则可进一步脱水，出现路易斯酸中心。分子筛吸附吡啶的红外光谱研究表明，HY分子筛的0H是酸位屮心，且NH4Y沸石经350°C〜550°C焙烧制成的HY型分子筛产生的

8、酸度最大。(2)、成型工业上使用的催化剂，都兵宥一定的形状和尺、r。常用的催化剂的形状宥球状、粒状、条状、柱状、中孔状、环状等。通过离子交换后的分子筛为粉末状，需加入一定量的粘合剂，塑成合适的形状。分子筛粉末和粘合剂要充分混合均匀,在捏合充分使分子筛和粘合剂紧密掺合后，用螺杆挤条机挤条成型。U!实验装置图8-3离子交换装a1一电热碗；2—网口烧瓶：3—温度计；4-搅拌器；5—回流冷凝器五、实验步骤(1)、离子交换在天平_卜.称取20克合成的NaY分了筛装入四口瓶中，量取预先制好的lmol/1的NH4NO3溶液200ml倒入四口瓶屮然后将四口瓶放入加热装置

9、屮，装上回流冷凝器，搅拌器、接触温度计、水银温度计，打开冷却水。启动搅拌器加热升