ZSM-5沸石在石油化工过程中得到广泛应用,它是一种具有独特的三维通道结构和酸强度分布的形状选择沸石,绝大多数孔径在0.55nm左右,具有高硅铝比和亲油疏水的特性,同时具有热稳定性和催化活性高的特点,一般应用于石油化工过程改善催化裂化汽油质量和生产乙烯和丙烯等重要的化工原料。

ZSM-5沸石合成方面的研究热点主要集中于:

(1)小晶粒沸石,尤其是纳米沸石的合成。分子筛晶粒的降低,增加了外表面的活性中心,降低了扩散阻力,使反应物分子接近活性中心的几率增大,反应选择性好:

(2)含杂原子ZSM-5沸石的合成。以Ga、B、Fe、Sn、Ti、Cr和Zr等杂原子同晶置换ZSM-5中的部分或全部铝或硅,在改变分子筛的化学组成和孔结构大小的同时,对其表面酸性质及择形性进行调变或赋予分子筛以脱氢功能或氧化还原性能,可以获得催化性能优异的分子筛,用于甲醇转化为液态燃料、低碳烷烃芳构化等催化反应过程中;

(3)以不同的材料为载体合成ZSM-5沸石。

在实际催化过程中,用碱处理方法制备介孔ZSM-5分子筛催化剂,用于正辛烷的裂化反应,发现介孔ZSM-5催化剂的强酸位减弱,使得反应转化率下降,但是碱处理后产生的介孔使目标产物的选择性达到96%,远远高于微孔ZSM-5分子筛催化剂的22%。以上说明,ZSM-5分子筛中的介孔可以明显改善催化裂化过程的反应结果。

多孔ZSm-5沸石的合成及其应用-国投盛世

另外,在目前的石油炼制工业中,异构化反应主要分为脂肪烃异构化反应和芳香族化合物异构化反应,烷烃异构化工艺主要应用于生产无铅化汽油,烯烃异构化用于生产高辛烷值汽油。芳香族化合物的异构化反应可用于生产聚酯、农药、除草剂、抗氧化剂、塑料和橡胶用的紫外线吸收剂等。ZSM-5分子筛催化剂则广泛应用于芳香族化合物的异构化反应。Christensen等将介孔ZSM-5分子筛催化剂应用于正十六烷的裂化及异构化反应,十六烷异构化选择性为616%,远远超过传统ZSM-5的114%。L i等在正己烯芳构化与异构化反应中发现,碱处理能够适当提高ZSM-5分子筛催化剂的酸性,并能够产生互相联通的微孔和介孔,阻止进一步结焦,提高催化剂的异构化活性。

多孔ZSm-5沸石的合成及其应用-国投盛世

不同的制备方法得到的多级孔ZSM-5沸石分子筛的晶体形貌、催化性能及水热稳定性等方面都有很大差别, 同时每种方法都存在着一定的不足:

1) 后处理法可以得到一定的二次孔同时还可以调变沸石分子筛的硅铝比和酸性,该方法是目前工业上应用最多的方法;然而该方法容易导致沸石骨架塌陷同时处理过程中会存在酸碱污染。

2)模板剂法是目前研究报道最多的一种方法,然而硬模板剂往往存在使用量大成本较高,同时得到的介孔孔道连通性较差等问题; 而软模板剂成本一般较高,同时合成条件比较复杂。

3)前驱体自组装法虽然可以合成出比表面和介孔孔容都较大的沸石分子筛, 然而分子筛的结晶度往往比较低同时水热稳定性相对也较差。因此,寻找更为简单廉价的或对模板剂进行有效地循环利用是目前研究者的主要研究方向。