制药工程毕业论文

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1、毕 业 论 文（2011届）题 目ZSM-5/SAPO-5复合分子筛的制备、表征及应用研究学 院 化学化工学院 专 业 制药工程 年 级 07级 学生学号 12007240151 学生姓名 岳祥龙 指导教师 王政 2011年 5月 11日1ZSM-5/SAPO-5复合分子筛的制备、表征及应用研究宁夏大学化学化工学院 (制药工程)专业2011届岳祥龙摘要：本文以三乙胺为模板剂，分别用水热法和微波法合成了ZSM-5/SAPO-5复合分子筛。采用X射线衍射、傅里叶变换红外光谱和扫描电子显微镜等表征技术对合成的复合分子筛进行了表征。结果表明，与水热法相比，微波合成法得到的产物结晶程度高，晶粒尺寸分布均

2、匀，且略显粗大，而水热法制得的晶粒易于团聚，含有杂晶SAPO-34。考察比较了合成的ZSM-5/SAPO-5复合分子筛在甲醇制烯烃反应中的催化活性。催化结果表明，用微波法合成的ZSM-5/SAPO-5复合分子筛具有较高的低碳烯烃收率。关键词：复合分子筛；ZSM-5；SAPO-5；MTOSynthesis, Characterization and Application of ZSM-5/SAPO-5 Composite ZeoliteAbstract: In this paper, TEA was used as the template, ZSM-5/SAPO-5 composite ze

3、olite was synthesized by hydrothermal synthesis and microwave synthesis. The composite zeolite was characterized by XRD, SEM, FT-IR and so on. The result indicated , compared with the hydrothermal synthesis, the crystallinity of the result in microwave condition is higher,the size of crystal grain i

4、s better-distributed and shows slightly crassitude.But the crystal synthesized by hydrothermal synthesis is easy to aggregate,and contains impurity of SAPO-34 in it. The catalytic activities of the synthesized ZSM-5/SAPO-5 composite zeolite for methanol to olefins were studied and compared. Catalyti

5、c results show that ZSM-5/SAPO-5 composite zeolite by microwave synthesis had a higher yield coefficient of light olefins.Key words: Composite Zeolite, ZSM-5,SAPO-5,MTO目 录第一章 引言11.1 论文综述11.2 选题目的和意义2第二章 实验部分42.1 仪器与试剂42.2 分子筛的制备52.3 分子筛的表征62.4 催化剂性能评价62.5 结果计算7第三章 结果分析与讨论83.1 XRD分析83.2 SEM分析103.3 FI

6、-IR分析103.4 Py-IR分析113.5 MTO催化评价12第四章 结论13参考文献14致 谢15宁夏大学毕业论文 第一章 引言第一章 引言1.1 论文综述低碳烯烃特别是乙烯、丙烯是重要的基础有机原料，在化学工业中起着举足轻重的作用，其产业发展水平和市场供需平衡情况直接影响着整个化学工业的发展和产业规模。随着我国国民经济整体水平的不断提高，特别是现代化学工业的迅猛发展对低碳烯烃的需求日渐攀升，供需矛盾日益突出1。迄今为止，乙烯主要是通过蒸汽裂解生产，而丙烯60%来自蒸汽裂解制乙烯装置，35%来自流化催化裂化(FCC)装置，3%来自丙烷脱氢(PDH)等。可以看出，乙烯、丙烯基本是通过石油路

7、线而制得，但是由于石油是不可再生资源，储量十分有限，加上石油价格起伏很大，所以世界各国在增产改进原有工艺技术的同时，已经开始寻求非石油路线生产低碳烯烃的开发，其中，以煤或天然气为原料经甲醇制低碳烯烃(MTO)的工艺越来越多受到重视2-4，特别是对于我国这样一个典型的“多煤，少油，少气”的能源现状，其战略意义更为重大。而且从装置大型化的角度考虑，由天然气或煤为原料生产甲醇，再由甲醇催化转化制取低碳烯烃，是最易实现工业化生产的路线，特别是目前甲醇产量供大于求的生产现状5。MTO反应是原料甲醇在催化剂作用下先脱水生成二甲醚(DME)，然后DME与甲醇的平衡混合蒸汽继续脱水转化为以乙烯、丙烯为主的低碳

8、烯烃，伴随着副反应的发生，如烷基化、氢转移、环化、缩聚、脱氢等反应，少量低碳烯烃又可生成饱和烃、芳烃及高级烯烃等。主反应为6：目前，MTO技术开发的关键和难点仍然集中于催化剂的筛选和制备上，目前常用的催化剂有硅酸铝系列分子筛(特别是ZSM-5)以及磷酸硅铝系列分子筛(特别是SAPO-34)7，8。ZSM-5沸石分子筛因具有较大的比表面积、择形催化性能和独特的表面酸性而对MTO反应具有较高的催化活性和选择性9。但是由于ZSM-5分子筛的表面酸量较高及孔道较大，产物具有很强的芳构化趋势,易导致目的产物低碳烯烃的收率降低，并且催化剂易结焦失活8，9。SAPO系列分子筛是1984年由Lok等将Si引入

9、AlPO4合成的一系列磷酸硅铝(SAPO)分子筛10。SAPO系列分子筛具有独特的催化性能，在MTO反应中表现出良好的催化性能。但是，SAPO系列分子筛的孔壁为无定形结构，热稳定性和水热稳定性较低，再加上酸性较弱，其应用受到限制。因此，无论是ZSM-5沸石分子筛还是SAPO系列分子筛，它们在应用过程中都不同程度地存在着一定的局限性，严重阻碍着MTO技术的进一步发展。复合分子筛是两种或两种以上分子筛通过合成方法复合在一起，可表现出良好的协同作用和优良的催化性能11。它不仅可以适当削弱单个分子筛的缺陷，优化单个分子筛的性质，增强复合物中两种分子筛间的协同作用，而且这种具有多重结构和叠加功能的分子筛

10、可以提供尺寸不同的孔道,避免单一孔结构的缺陷，对解决传质问题有着很大帮助。所以复合分子筛在大分子催化、催化剂载体、过滤、分离、电池材料以及热阻材料等方面有着广泛的应用，逐渐成为了一个新的研究热点。如申宝剑12-14等制备了ZSM-5/Y新型复合分子筛材料，以正己烷为原料研究了样品的催化裂化性能，发现该复合分子筛具有比它们的机械混合物更好的催化裂化性能。赵震15等将ZSM-5分子筛与丝光沸石复合所得到的ZSM-5/MOR复合分子筛在混合C4烃转化反应中表现出比ZSM-5和MOR更好的催化活性和选择性。张振莉等16以制备的ZSM-5/H复合分子筛为载体，通过负载Zn，Mo，Mg，Ni等金属组分制得

11、烷烃异构化和芳构化催化剂，发现与单一组分相比，复合分子筛作为载体其表面酸中心得到了调节，更有利于烷烃异构化和芳构化反应，使反应转化率和选择性明显提高。因此，本实验拟以三乙胺为模板剂，分别采用传统的水热法和微波法合成ZSM-5/SAPO-5复合分子筛，并用X射线衍射、傅里叶变换红外光谱和扫描电子显微镜等表征技术对合成的复合分子筛进行结构表征，最后考察合成的ZSM-5/SAPO-5复合分子筛在MTO反应中的催化活性。1.2 选题目的和意义人们虽然已对甲醇制低碳烯烃反应的反应机理、催化剂研制、工艺条件等进行了比较深入的研究和探讨。目前甲醇制低碳烯烃的催化剂主要集中在ZSM-5和SAPO-5分子筛上。

12、但这两种分子筛存在许多缺点，复合分子筛可以克服这些困难。因此其的合成、性质及应用成为沸石分子筛研究领域的热点之一。复合分子筛是指由两种或多种分子筛形成的共结晶，或具有两种或多种分子筛结构特征的复合体。复合分子筛往往具有不同于单一分子筛的性质，在催化反应过程中表现出协同效应和特殊的催化性能。目前复合分子筛的合成主要集中在水热条件下合成的，传统水热是依靠热传导，存在着热量传递不均匀、合成周期长(需要几天或几周)、合成条件要求苛刻等缺陷，而且所合成的产品容易产生杂质、晶体粒径分布范围比较宽17。与传统水热方法相比，微波加热是依靠偶极分子的自身振动生热，合成的复合分子筛具有合成时间短，反应条件温和，能

13、耗低，得到的产品粒度小且均匀等优点18。ZSM-5分子筛具有强酸性和择形催化的性能，但其孔径仅为0.54nm，大分子无法进入孔内反应，这这限制了其应用的范围。SAPO-5分子筛具有十二元环的三维孔道结构，孔径为0.8nm，可催化裂解大分子19。针对，以上两种分子筛的缺点，本文通过SAPO-5与ZSM-5分子筛的复合，既可以对ZSM-5的酸性和孔道进行调整，又可以利用SAPO-5分子筛的弱酸性来裂化产物中的C5+组分，这势必将在甲醇制低碳反应中提高乙烯和丙烯的选择性和收率。到目前为止，将ZSM-5/SAPO-5复合分子筛应用于甲醇制低碳烯烃的研究，国内外还未见文献和专利报道。本论文以三乙胺为模板

14、剂，分别用传统的水热法和微波法合成ZSM-5/SAPO-5复合分子筛，采用X射线衍射、傅里叶变换红外光谱和扫描电子显微镜等表征技术对合成的复合分子筛进行结构表征，并考察合成的ZSM-5/SAPO-5复合分子筛在甲醇制烯烃反应中的催化活性。通过实验比较，制备出性能较高的ZSM-5/SAPO-5复合分子筛，得到制备ZSM-5/SAPO-5复合分子筛较好的方法，这对探索提高甲醇制低碳烯烃的收率有重要意义。宁夏大学毕业论文 第二章 实验部分第二章 实验部分2.1 仪器与试剂2.1.1 仪器实验中所用到的主要仪器见表2-1所示。表2-1 主要仪器名称型号生产厂家电子天平JA5003N上海精密科学仪器有限公司傅里叶变换红外光谱仪TENSOR27德国布鲁克公司X射线衍射仪DJMAX2200DC日本理学公司扫描电子显微镜KYKY-2800B北京中科科仪公司催化反应评价系统KLYT北京昆仑永泰科技有限公司台式超声波清洗机SK2200H上海科导超声仪器有限公司气相色谱仪GL4000A北京东西仪器有限公司自动变频微波消解仪MDS-6新仪微波化学科技有限公司高速冷冻离心机GL21M长沙英泰仪器有限公司双柱塞微量泵2LB-1L10北京卫星制造厂电动吹FH6203飞科集团有限公司均相反应器