分子筛的合成

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1、分子筛得合成、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/2OAl2O3nSiO2xH2O微孔 A型沸石分子筛X型 Y型离子交换二、 实验目得 1、了解分子筛得主要特点与用途； 2、了解水热法得主要特点与一些基本实验操作； 、掌握X射线衍射表征方法得原理及实验操作； 、掌握氮气吸附法测多孔材料孔结构参数得原理及操作; 5、掌握沸石分子筛化学组成得测定方法； 6、通过比较、分析不同类型分子筛在离子交换、吸附性能上得差异.三、 实验原理 分子筛材料,广义上指结构中有规整而均

2、匀得孔道，孔径为分子大小得数量级，它只允许直径比孔径小得分子进入，因此能将混合物中得分子按大小加以筛分；狭义上分子筛就是结晶态得硅酸盐或硅铝酸盐,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、磷铝类分子筛与骨架杂原子分子筛.按孔道大小划分,小于2称为微孔分子筛,250m称为介孔分子筛,大于5m称为大孔分子筛。按照分子筛中硅铝比得不同，可以分为A型（1、52、0），X型（2、1、0),型（3、1、0），丝光沸石(1）,高硅型沸石（如ZSM5）等,其通式为：MO、Al2O3、xSiO2、y2,其中M代表K、a、C等。商品分子筛常用前缀数码将晶体结构不同得分子

3、筛加以分类，如3型、4型、5A型分子筛等.4型即孔径约为A；含a+得型分子筛记作a，若其中Na+被K+置换，孔径约为，即为3型分子筛;如N-A中有/3以上得Na+被a2置换，孔径约为5A，即为5型分子筛.X型分子筛称为13X(又称aX型）分子筛;用Ca交换13X分子筛中得Na,形成孔径为9得分子筛晶体，称为0X(又称Ca-X型）分子筛。 型分子筛结构,类似于Nal得立方晶系结构，如将aCl晶格中得Na+与C-全部换成笼,并将相邻得笼用笼联结起来，就会得到A型分子筛得晶体结构;X型与Y型分子筛结构类似于金刚石得密堆立方晶系结构,如以笼这种结构单元取代金刚石得碳原子结点,且用六方柱笼将相邻得两个笼

4、联结,就得到了X与Y型分子筛结构;丝光沸石型分子筛结构,没有笼,就是层状结构,结构中含有大量得五元环,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,这种结构单元得进一步联结,就形成了层状结构;高硅沸石SM型分子筛结构,与丝光沸石结构相似，由成对得五元环组成,无笼状腔,只有通道,如ZSM-5有两组交叉得通道，一种为直通得，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、离子交换与催化等领域具有广泛应用，各种分子筛也因其结构与性能得不同，被应用到不同得方面。例如沸石分子筛,由于它得高选择性、强酸性等表面活性与规整得孔结构特点，可作为很好得催化材料，

5、因而被广泛应用作炼油工业与石油化工中得催化剂；另外由于它强得吸附能力与离子交换性能，而被广泛应用于污水处理、土壤改良、金属离子得富集与提取等方面。介孔分子筛作为一种新型纳米结构材料,不但具有狭窄得孔径分布、巨大得比表面积,而且它突破了沸石分子筛对反应物分子尺寸在1m以下得限制，虽然其缺乏离子交换性能,但就是在大分子参与得吸附、分离与催化等领域具有重要得应用环境.最近几年来,随着人们对环保意识得逐渐增强,采用绿色合成与负载合成方法已成为分子筛合成得重要方向.特别就是新型分子筛得合成与应用，相信在未来得几十年内，沸石分子筛以及介孔分子筛在工业生产与生活中具有更加广阔得应用前景.因此研究各类分子筛得

6、结构与性能具有深远得意义.本次实验主要研究NaA、aX型分子筛以及介孔分子筛得组成、孔结构、离子交换性能与吸附性能。四、 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。五、 实验步骤1. 分子筛合成 （1） Na-A型沸石分子筛 将3、8gNaO与3、0NaAlO2置于250L烧杯中，加入45m去离子水，在0下加热溶解，得到A溶液。称取、0gNa2Si、9H2O于250L烧杯中

7、，加入4mL去离子水,在0下加热溶解,得到B溶液。将得到得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(10in）.将成胶混合物转移至水热釜中，放置在100得烘箱中晶化小时，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得烘箱中干燥过夜。 (2）NX型沸石分子筛 在三角烧瓶中,将1、5 a2Si9 H2O、5、6O2、7、75NOH与5、4gKH溶解于46mL去离子水中.在温度70磁力搅拌3小时，然后停止搅拌，将水浴温度调节至5,在此温度下静置2小时后停止加热。待烧瓶冷却至室温后抽滤、洗涤至产物为中性,转移至表面皿中，置于00得烘箱中干燥过夜.

8、 （3）介孔分子筛MCM-41 以TAB表面活性剂为模板剂,以TS为硅源。在强力搅拌下，先称取CAB 、3g、NaOH0、48g溶解于60m去离子水中，然后慢慢加入1、8 ES,继续搅拌2小时后,配制成凝胶，装入反应釜中，于110烘箱中晶化处理48小时。取出水冷至室温，抽滤、水洗至中性，转移至表面皿中,在100得烘箱中干燥过夜。最后，于空气中,50下煅烧6小时，除去表面活性剂CTB,即得MCM-4介孔分子筛.2. 物相分析 将获得得aA、-X型分子筛产物进行射线衍射分析,得到产物得X射线衍射谱图。将测得得图谱与各种相应分子筛得射线衍射标准谱图对比，以确定晶化产物就是否为相应分子筛及其纯度。3.

9、 孔结构分析 分子筛得孔结构分析采用氮气低温物理吸附法。 分别称取NaA型、a-X型、介孔分子筛得质量为0、955g、0、9126g、0455g。4. 沸石分子筛组成分析 (1）水含量测定将两个干净并灼烧过得坩埚分别称重，在其中分别加入烘干得Na-型分子筛1、0220g,NX型分子筛1、0002g，再分别称重后标号,然后放入马弗炉中，0灼烧。待温度降至00后,用干净、预热得坩埚钳将坩埚移入干燥器中，冷至室温、称重。 (）氧化铝含量测定 准确称取Na-A、Na型分子筛试样分别0、627g、148g置于两个干净得0得烧杯中加水少许,将试样润湿，分别加入6ol/LHl 5mL，在电炉上加热近干。冷却

10、后，加水溶解并过滤,沉淀用水洗涤34次，滤液与洗涤液一并分别收集于两个250mL容量瓶中,并稀释至刻度，摇匀备用。准确称取0、2115gZ基准物质于一干净得小烧杯中，取少量水润湿后，滴加mo/得HC使其刚好完全溶解为止,定容到250mL得容量瓶中,得到ZnC2标准溶液，摇匀后备用。粗配0、m/得EDTA溶液40ml于试剂瓶中,用移液管吸取ETA溶液5、00置于锥形瓶中,滴加2滴酚酞指示剂，以3l/氨水调节溶液呈红色，再以2mol/HCl调节红色刚退，加入现配置好得Aca（:）缓冲溶液20mL，然后滴加2滴二甲酚橙指示剂，用上述Znl标准溶液标定DT溶液,至溶液由亮黄色变成橙红色,平行滴定三次。

11、用移液管吸取上述分子筛试样溶液2、0mL置于锥形瓶中，然后用另一移液管吸取EDTA标准溶液5、00m也置于此锥形瓶中，滴加2滴酚酞指示剂，以3l/氨水调节溶液呈红色,再以2molHCl调节红色刚褪,加入现配置好得Ac-NAc(1:1）缓冲溶液2，煮沸5m,冷却后滴加滴二甲酚橙指示剂，用上述nCl2标准溶液回滴，至溶液由亮黄色变成橙红色即达终点。记录实验数据,根据EDTA、ZCl2得浓度与所用得体积,分别计算样品Na-A、NaX型分子筛中Al3得百分含量。5、铜离子交换性能测试 分别称取Na-型、NX型、CM41型分子筛、064g、0、205g、0、2016g于三个干净得烧杯中，然后分别移取50

12、、00ml现配得Cu（N)溶液于上述三个烧杯中，室温浸泡4小时,观察粉体得颜色变化，采用间接碘量法测定交换前后溶液中得铜离子含量，计算分子筛得铜离子交换容量. 粗配、1ml/L得Na2SO3溶液mL,备用。准确称取0、9500gIO3基准物质,溶解稀释定容到20m得容量瓶中,摇匀后作为标准溶液备用。用移液管移取10、00l得KIO3标准溶液于一锥形瓶中,加入mL 3ml/L得硫酸，加入5mL0、5ml/L溶液，此时溶液呈深棕色，用上述a2S2O溶液滴定至淡黄色，滴加2滴淀粉指示剂，溶液变为深蓝色,再继续滴加Na2S2O溶液至蓝色消失，平行滴定三次，记录数据,计算得到Na2S2O3溶液得浓度。

13、移取上述现配得Cu（3）2溶液0、00m于锥形瓶中,加入5L0、mo/L溶液，立即产生大量得白色沉淀，此时溶液呈深棕色，用上述N2O3溶液滴定至淡黄色,滴加滴淀粉指示剂，至溶液变为深蓝色，再继续滴加N2S23溶液至蓝色消失,平行滴定三次，记录数据,计算得到现配得Cu(NO)溶液得浓度。 移取上述上层浸泡澄清液0、0L于锥形瓶中,加入5mL、5ol/L溶液,立即产生大量得白色沉淀,此时溶液呈深棕色,用上述a2SO3溶液滴定至淡黄色,滴加滴淀粉指示剂，至溶液变为深蓝色，再继续滴加NaS2O溶液至蓝色消失，记录数据,计算得到浸泡分子筛后（NO3)溶液得浓度。6. 小分子吸附性能测试 精确称取00活化

14、得分子筛（称量纸分子筛重量为).在空气中暴露过夜后,再次称重（称量纸+分子筛重量为W1)，计算分子筛得吸水量，并做比较。7. 大分子吸附性能测试（1)亚甲基蓝吸收曲线绘制 用吸量管移取100mg亚甲基蓝标准溶液3、00L于容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀。用1c比色皿,以蒸馏水为参比液,在5500nm之间,每隔5nm测一次吸光度。在坐标纸上，以波长为横坐标,吸光度A为纵坐标，绘制A-曲线。从吸收曲线上选择最大吸收波长为测量波长。(）亚甲基蓝工作曲线绘制分别移取10mgL1亚甲基蓝标准溶液0、5、5、5至5个5L容量瓶中，均用蒸馏水稀释至刻度,摇匀。用1cm比色皿，以蒸馏水为参比液,在max下从低到高测量各个溶液得吸光度。以亚甲基蓝浓度为横坐标,吸光度A为纵坐标,绘制工作曲线. (3)亚甲基蓝吸附性能测试分别移取0、00亚甲基蓝标准溶液于三个100mL得容量瓶中，用蒸馏水定容.转移至三个干净得烧杯中,然后分别称取NaA、N-X、MC41分子筛0、32g、52、0、099g于上述三个烧杯中，标号,室温浸泡24小时，观察粉体颜色得变化，搅拌分钟后静置,取上层澄清液，在 下测定吸光度(其中NaA与 N-浸泡后上层澄清