分子筛的合成

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1、分子筛的合成、表征及性能研究姓名好班级：好学号：好2014年01月11日性能组成、结构材料合成一、实验设计思路结构导向剂大分子吸附氧化硅介孔介孔分子筛硅铝比小分子吸附Mm/2O·Al2O3·nSiO2·xH2O微孔A型沸石分子筛X型Y型离子交换二、实验目的1.了解分子筛的主要特点和用途；2.了解水热法的主要特点和一些基本实验操作；3.掌握X射线衍射表征方法的原理及实验操作；4.掌握氮气吸附法测多孔材料孔结构参数的原理及操作；5.掌握沸石分子筛化学组成的测定方法；6.通过比较、分析不同类型分子筛在离子交换、吸附性能上的差异。三、实验原理分子筛材料，广义上指结构中有规整而均匀的孔道，孔径为

2、分子大小的数量级，它只允许直径比孔径小的分子进入，因此能将混合物中的分子按大小加以筛分；狭义上分子筛是结晶态的硅酸盐或硅铝酸盐，由硅氧四面体或铝氧四面体通过氧桥键相连而形成。 分子筛按骨架元素组成可分为硅铝类分子筛、磷铝类分子筛和骨架杂原子分子筛。按孔道大小划分，小于2 nm称为微孔分子筛，2～50 nm称为介孔分子筛，大于50 nm称为大孔分子筛。按照分子筛中硅铝比的不同，可以分为A型(1.5～2.0)，X型(2.1～3.0)，Y型(3.1～6.0)，丝光沸石(9～11)，高硅型沸石(如ZSM－5)等，其通式为：MO.Al2O3.xSiO2.yH2O，其中M代表K、Na、Ca等。商品

3、分子筛常用前缀数码将晶体结构不同的分子筛加以分类,如3A型、4A型、5A型分子筛等。4A型即孔径约为4A；含Na+的A型分子筛记作Na-A,若其中Na+被K+置换,孔径约为3A，即为3A型分子筛；如Na-A中有1/3以上的Na+被Ca2+置换,孔径约为5A，即为5A型分子筛。X型分子筛称为 13X（又称Na-X型）分子筛；用Ca2+交换13X分子筛中的Na+，形成孔径为9A的分子筛晶体，称为10X（又称Ca-X型）分子筛。 A型分子筛结构，类似于NaCl的立方晶系结构，如将NaCl晶格中的Na+和Cl-全部换成β笼，并将相邻的β笼用γ笼联结起来，就会得到A型分子筛的晶体结构；X型和Y型

4、分子筛结构类似于金刚石的密堆立方晶系结构，如以β笼这种结构单元取代金刚石的碳原子结点，且用六方柱笼将相邻的两个β笼联结，就得到了X和Y型分子筛结构；丝光沸石型分子筛结构，没有笼，是层状结构，结构中含有大量的五元环，且成对地连在一起，每对五元环通过氧桥再与另一对联结，联结处形成四元环，这种结构单元的进一步联结，就形成了层状结构；高硅沸石ZSM型分子筛结构，与丝光沸石结构相似，由成对的五元环组成，无笼状腔，只有通道，如ZSM-5有两组交叉的通道，一种为直通的，另一种为“之”字形相互垂直，通道呈椭圆形。 目前，分子筛材料在分离、吸附、离子交换和催化等领域具有广泛应用，各种分子筛也因其结构和性

5、能的不同，被应用到不同的方面。例如沸石分子筛，由于它的高选择性、强酸性等表面活性和规整的孔结构特点，可作为很好的催化材料，因而被广泛应用作炼油工业和石油化工中的催化剂；另外由于它强的吸附能力和离子交换性能，而被广泛应用于污水处理、土壤改良、金属离子的富集与提取等方面。介孔分子筛作为一种新型纳米结构材料，不但具有狭窄的孔径分布、巨大的比表面积，而且它突破了沸石分子筛对反应物分子尺寸在1nm以下的限制，虽然其缺乏离子交换性能，但是在大分子参与的吸附、分离和催化等领域具有重要的应用环境。最近几年来， 随着人们对环保意识的逐渐增强， 采用绿色合成和负载合成方法已成为分子筛合成的重要方向。特别是

6、新型分子筛的合成和应用， 相信在未来的几十年内， 沸石分子筛以及介孔分子筛在工业生产和生活中具有更加广阔的应用前景。因此研究各类分子筛的结构和性能具有深远的意义。本次实验主要研究Na-A、Na-X型分子筛以及介孔分子筛的组成、孔结构、离子交换性能和吸附性能。一、仪器与试剂1.仪器：水浴锅、水热釜、烘箱、马弗炉、X射线衍射仪、氮气吸附仪、坩埚、分析天平、分光光度计、干燥器、容量瓶、磁力搅拌器、搅拌子、滴定管。2.试剂：氢氧化钠、氢氧化钾、偏铝酸钠、硫酸铝、硅酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、正硅酸乙酯、去离子水、亚甲基蓝、硝酸铜。二、实验步骤1.分子筛合成(1)Na-A型沸石分子筛将3.8gN

7、aOH和3.0gNaAlO2置于250mL烧杯中，加入45mL去离子水，在60℃下加热溶解，得到A溶液。称取7.0gNa2SiO3.9H2O于250mL烧杯中，加入41mL去离子水，在60℃下加热溶解，得到B溶液。将得到的B溶液在60℃下搅拌加热，将A溶液分五次加入，搅拌至形成胶状稀溶液（5-10min）。将成胶混合物转移至水热釜中，放置在100℃的烘箱中晶化5小时，取出后用水冷至室温，倾去上层清液，抽滤、水洗至中性，转移至表面皿中，在100℃