ZSM-5分子篩

ZSM-5沸石的化學(xué)組成可用氧化物的摩爾比表示為:0.9±0.2M2/nO:Al2O3:5---100SiO2:ZH2O，式中M是陽離子(堿金屬鈉離子和有機(jī)胺離子);n是陽離子的價(jià)數(shù);Z是從0到40。

ZSM-5沸石具有很高的硅鋁比,根據(jù)需要可合成出不同硅鋁比的分子篩而且可以在10至3000 以上的廣闊范圍內(nèi)變化。

ZSM-5沸石含有十元環(huán),基本結(jié)構(gòu)單元是由八個(gè)五元環(huán)組成的。其晶體結(jié)構(gòu)屬于斜方晶系,空間群Pnma，晶格常數(shù)a=20.1?，b=19.9?，c=13.4?。它具有特殊的結(jié)構(gòu)沒有A型、X型和Y型沸石那樣的籠,其孔道就是它的空腔。骨架由兩種交叉的孔道系統(tǒng)組成,直筒形孔道是橢圓形,長(zhǎng)軸為5.7~5.8 ?，短軸為5.1~5.2 ?;另一種是"Z"字形橫向孔道,截面接近圓形,孔徑為5.4±0.2?。屬于中孔沸石。"Z"字形通道的折角為110度。鈉離子位于十元環(huán)孔道對(duì)稱面上。其陰離子骨架密度約為1.79克/厘米3。因此ZSM-5沸石的晶體結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定。

相對(duì)結(jié)晶度:Na型 > 85% H型 > 95%

孔徑:5A

骨架密度:1.81(異辛烷測(cè)定)

熱穩(wěn)定性:1200℃分子篩可保持結(jié)構(gòu)

水熱穩(wěn)定性:700℃水蒸氣處理，分子篩可保持結(jié)構(gòu)

ZSM-5沸石的熱穩(wěn)定性很高。這是由骨架中有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的五元環(huán)和高硅鋁比所造成。比如,將試樣在850℃左右焙燒2小時(shí)后,其晶體結(jié)構(gòu)不變。甚至可經(jīng)受1100℃的高溫。到目前為止，ZSM-5是已知沸石中熱溫定性最高者之一。所以將它用于高溫過程是特別適宜的。例如用它作為烴類裂解催化劑，可經(jīng)受住再生催化劑時(shí)的高溫。

ZSM-5沸石具有良好的耐酸性，它能耐除氫氟酸以外的各種酸。

Wang，IKai等的研究表明，當(dāng)其他沸石受到水蒸汽和熱時(shí)，它們的結(jié)構(gòu)一般被破壞，導(dǎo)致不可逆失活。而Mobil公司用ZSM-5作為甲醇轉(zhuǎn)化(水是主要產(chǎn)品之一)的催化劑。這表明ZSM-5對(duì)水蒸汽有良好的穩(wěn)定性。540℃下用分壓為22mmHg柱的水蒸汽處理HZSM-5和HY沸石24小時(shí)后，HZSM-5的結(jié)晶度約為新鮮催化劑的70%，可是在同樣條件下，HY沸石的骨架幾乎全部被破壞。

ZSM-5具有高硅鋁比，其表面電荷密度較小。而水是極性較強(qiáng)的分子，所以不易為ZSM-5所吸附。盡管水分子的直徑小于正己烷，但ZSM-5對(duì)正己烷的吸附量一般大于水。

ZSM-5孔口的有效形伏、大小及孔道的彎曲，阻止了龐大的縮合物的形成和積累。同時(shí)，ZSM-5骨架中無大于孔道的空腔(籠)存在，所以限制了來自副反應(yīng)的大縮合分子的形成。從而使ZSM-5催化劑積炭的可能性減少。ZSM-5對(duì)烷基芳烴進(jìn)入孔道形成障礙，因而反應(yīng)過程中它不能在較小的孔道中繼續(xù)反應(yīng)，最后縮聚形成焦。所以ZSM-5比Y型及絲光沸石的積炭速率慢得多，幾乎相差兩個(gè)數(shù)量級(jí)。ZSM-5沸石的容炭量也較高。

以沸石分子篩作為催化劑，只有比晶孔小的分子可以出入催化反應(yīng)的進(jìn)行受著沸石晶孔大小的控制，沸石催化劑對(duì)反應(yīng)物和產(chǎn)物分子的大小和形狀表現(xiàn)出極大的選擇性。ZSM-5沸石十元環(huán)構(gòu)成的孔道體系具有中等大小孔口直徑，使它具有很好的擇形選擇性。

ZSM-5分子篩在國(guó)內(nèi)已有廣泛的用途，主要應(yīng)用在柴油臨氫降凝催化劑，固定床催化裂化催化劑，流動(dòng)床催化裂化反應(yīng)上FCC的催化劑添加ZSM-5分子篩對(duì)提高汽油辛烷值，增加氣體的烯烴含量有很大益處，國(guó)內(nèi)外FCC催化劑添加的ZSM-5分子篩是ZSM-5分子篩用途最多的一項(xiàng)，并主要集中在SiO2/Al2O3(二氧化硅與三氧化二鋁的摩爾比)在40-50之間。國(guó)內(nèi)FCC的助劑降低汽油的烯烴上的應(yīng)用較廣，在這方面的應(yīng)用SiO2/Al2O3在38-40之間，另外國(guó)內(nèi)外的渣油催化裂化上采用SiO2/Al2O3在25-30的范圍內(nèi)的分子篩。此外ZSM-5分子篩在化工上廣泛的應(yīng)用于擇形催化，如對(duì)二乙苯催化劑，二甲苯異構(gòu)化催化劑;另外在環(huán)保方面對(duì)水中有機(jī)物的提取采用高硅ZSM-5分子篩，SiO2/Al2O3在220-400之間。用水玻璃和硫酸鋁直接合成的ZSM-5分子篩，該產(chǎn)品用于低烴烷基化，異構(gòu)化，芳構(gòu)化，脫臘降凝的催化劑的母體，同國(guó)外用有機(jī)胺合成的ZSM-5相比，工藝簡(jiǎn)單，質(zhì)量穩(wěn)定，無污染，成本低，水熱穩(wěn)定性高。