ZLC技术测定苯在MFI型沸石分子筛和金属有机骨架材料Cu-BTC晶体中的扩散系数.pdf

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1、DIFFUSⅣITIES0FBENZENEINNⅡ?IZEOLITESANDⅣ匝TAL．0RGANICFRAMEWORKCu．BTCDETERMINEDBYTHEZLCTECHNIQUEThisThesisSubmittedtoZhejiangNormalUniversityfortheRequirementsforaDegreeofMasterofScienceWeiganZhouSupervisedupervtsea6vDVDr．FuminZhangProf．dr．ir．WeidongZhuKeyLaboratoryo

2、ftheMinistryofEducationforAdvancedCatalysisMaterials，InstituteofPhysicalChemistry,ZhejiangNormalUniversityApril2012ZLC技术测定苯在MFI型沸石分子筛和金属有机骨架材料Cu．BTC晶体中的扩散系数摘要具有规则的孔道结构、较高的比表面积和择形催化和吸附功能的沸石分子筛被广泛应用于石油化工、精细化工及医药化工等领域。无论是择形催化还是基于吸附的分离过程，分子在沸石分子筛晶内的扩散过程关系到反应速率或分离效率的重要

3、因素。此外，研究多相反应的本征反应动力学和设计多相反应器需要知道分子在沸石分子筛晶内的扩散过程。这一扩散过程可用晶内扩散系数来表征，它是研究沸石分子筛内部传质过程和动力学过程的重要参数。晶内扩散系数的测定是一项非常具有挑战性的工作。迄今，科研工作者发展了许多实验方法来测量沸石分子筛上探针分子的扩散系数，其中ZLC(zero．1engthcolumn)法作为～种测定扩散系数的宏观方法，己较为广泛地得到应用。本论文主要工作是以苯为探针分子，利用ZLC技术测定其在多孔材料(MFI型沸石分子筛和金属有机骨架材料Cu—BTC)中的晶

4、内扩散系数，具体在以下二个方面做了较系统的研究：1)以TPABr为模板剂，水玻璃为硅源，硫酸铝为铝源，硝酸铁为铁源，采用水热法合成了Fe—ZSM．5、H—ZSM．5和Silicalite。1三种沸石分子筛，采用XRD、N2吸脱附、SEM等技术及ICP．AES对材料进行了表征。表征结果证实，三个沸石分子筛样品均具有典型的MFI型结构，样品晶体尺寸大小均匀。利用ZLC技术研究了苯分子在上述三种沸石晶体内的扩散行为，并根据模型方程计算出了晶内扩散系数和活化能。研究结果表明，分子筛骨架外阳离子H+和铁物种对苯分子在沸石晶内的扩散有

5、限制作用，而铁物种对苯分子在沸石晶内的扩散阻碍作用更加明显。2)以均三苯甲酸和硝酸铜为原料，N，N．二甲基甲酰胺、乙醇、水的混合液为溶剂，采用水热法合成金属有机骨架材料Cu．BTC，采用XRD、N2吸附、SEM等技术对合成材料进行了表征。表征结果表明，样品的结晶度较高，具有典型的立方晶T摘要体结构，形貌规整，晶体尺寸大小均一。采用ZLC技术研究了苯分子在Cu-BTC上的扩散行为。结果发现，苯分子在Cu．BTC晶体中的扩散限制较小。关键词：沸石分子筛；金属有机骨架材料；晶内扩散；ZLC技术；Cu．BTC；MFI沸石分子筛；苯

6、IIDⅡ7FUSⅣITIESOFBENZE全陋IN卫江FIZEOLITESANDⅣ正!TAL．ORGANICFRAMEWORKCu．BTCDETERMINEDBYTHEZLCTECHNIQUEABSTRACTZeolites，duetotheirregularlyshapedchannels，hi班specificsurfacearea,andshape-selectivecatalysisandadsorption，arewidelyusedinthefieldsofpetroleum，finechemicals，and

7、pharmaceuticalindustries．Inshape—selectivecatalysisandadsorption，theintraerystallinediffusionoftargetmoleculeswithinzeolitesisakeyprocess．Inaddition，priortoinvestigatingtheintrinsickineticsofheterogeneousreactionsaswellastodesigningreactors，allintracrystallinediff

8、usivityshouldbedetermined．Thdefore，theintracrystaUinediffusivityisconsideredasanimportantparameterinstudyingmasstransferprocessesandkineticsinzeolites．T