ZSM-5沸石骨架铝迁移规律的研究 Ⅰ.水热处理条件及沸石硅铝比的影响

利用XRD,^(27)Al MASNMR,IR和 NH_3-TPD等技术考察了水热处理温度、水热气氛及沸石硅铝比,在水热条件下对ZSM-5沸石骨架铝的迁移和表面酸性的影响,发现随着水热处理温度的升高,沸石表面酸性的变化和骨架铝的迁脱量有很好的对应关系,400℃时骨架铝迁脱量为600℃迁脱量的80％;表面强酸中心的递减速率较弱酸中心快。提高沸石硅铝比和在碱性水热气氛中处理可以减缓骨架铝的迁脱,保留了较多的酸性中心,在酸性气氛中则骨架铝的迁脱加速。

ZSM-5沸石骨架铝迁移规律的研究 Ⅲ.ZSM-5沸石骨架铝迁移的可逆性

考察了水热条件下HZSM-5沸石骨架铝的迁出,气-固或液-固反应条件下外界铝进入骨架的影响因素及表面性质的变化。发现在相同的条件下,随ZSM-5沸石硅铝比的增加,铝迁入骨架的比率增大;经水热处理后较相同数量级硅铝比的未经处理的沸石的铝迁入骨架速率快,结合骨架铝迁移的机理对此现象进行了讨论。在400℃气-固反应时,进入沸石骨架的铝量达400—600℃总量的75—80％,和在400℃水热处理时骨架铝的迁脱量相当(80％),这部分铝主要对应于强酸中心位,说明沸石骨架中对应于酸中心较强而稳定性较弱的铝易迁出也易迁入,表明酸性中心是可逆的。

ZSM-5沸石骨架铝迁移规律的研究 Ⅱ.不同价态金属阳离子对ZSM-5沸石骨架铝迁移的影响

用XRD,MASNMR,IR及NH_3-TPD等技术考察了不同价态金属阳离子引入ZSM-5沸石阳离子位对水热条件下骨架铝迁移的阻抑作用以及表面酸性的变化。实验证明,ZSM-5沸石中部分H^+被金属阳离子M(M=Na^+,Ca^(2+)或La^(3+)取代后,在≥400℃水热条件下骨架铝仍有迁脱现象,致使表面总酸中心减少,其中强酸中心减少较多,和相同水热处理条件下HZSM-5沸石的变化规律一致,但MZSM-5较HZSM-5保留有较多的骨架铝及酸中心,且骨架铝的迁脱量和酸中心的减少有很好的平行关系,说明1、2或3价金属阳离子进入ZSM-5沸石阳离子位都具有阻抑骨架铝迁移的作用。等当量交换的MZSM-5沸石阻抑骨架铝迁移的能力为La^(3+)>Ca^(2+)>Na^+(>H^+)。

ZSM-5和ZSM-11沸石吸附性质的研究

研究了不同硅铝比的HZSM-5和HZSM-11沸石对水、正己烷、环己烷、苯、间及对二甲苯的吸附性能。发现这两种沸石在所研究的P/P_s范围内,都是硅铝比高的其吸附量小,只是HZSM-11对正己烷、环己烷与对二甲苯的吸附例外。HZSM-5(60)吸附环己烷的量在P/P_s=0～0.25时为HZSM-5(400)的6～7倍,而HZSM-11(42)和HZSM-11(300)在P/P_s=0.08～0.20时吸附环己烷的量几乎一样。HZSM-5和HZSM-11对环己烷分子的空间阻碍效应有显著的不同。非极性的正己烷、对二甲苯及苯在四种沸石上吸附(20℃)时在很宽的P/P_s范围均符合吸附势理论,水、环己烷及间二甲苯在HZSM-5(60)和HZSM-5(400)上吸附时,除〔~1g(P_s/P)〕~2【0.5外也符合吸附势理论,可是水在HZSM-11(42)和HZSM-11(300)上吸附时,只是在0.5【〔1g(P_s/P)〕~2【2.5才符合。还发现HZSM-5(100)比HZSM-5(60)只有大得多的表面能量不均匀性。

我国一些天然沸石矿样的物化性能

本文用XRD、IR、DTA及ESR等方法研究了我国7种天然沸石矿样的结构、品位、酸性及其杂质组份与色泽的关系。这些矿样大都是丝光沸石与斜发沸石相伴而生。但其相对含量不一。此外,还有一种纯度很高的高岭土矿。它在常温下具有化学吸附空气中氧分子的能力。

IR和ESR法考察PtNaY,PdNaY和CoNaY沸石催化剂

研究了Pt(NH_3)_4NaY,Pd(NH_3)_4NaY及Co(NH_3)_6NaY沸石在不同热处理条件下红外谱图变化的规律。发现该沸石晶穴中这些络离子在250℃下抽空1小时,其结构均破坏;若再在400～500℃区间加热1小时,其表面均有Si—H键生成,并讨论了Si—H键生成的机理。用D_2交换法证明了这些络离子破坏后,在PtNaY,PdNaY及CoNaY沸石表面分别有Pt-H,Pd—H及Co—H键存在,它们是由于NH_3在这些沸石表面高温分解所放出的H吸附在这些金属离子上的结果。由IR与ESR法证明室温下于NaY沸石晶穴中可合成出[Co(NH_3)_5O_2]^(2+)与[Co(NH_2CH_2CH_2NH_2)_2O_2]^(2+)离子;在适当的条件下,于Y型沸石表面可合成出一种特殊的Co络合物载氧体,ESR证明它易将2,6-二特丁基对甲酚氧化成自由基。

C_6-C_3芳烃在HZSM-5,PHZSM-5及REY上吸附的红外研究

用红外光谱法研究了C_6—C_8芳烃在HZSM-5,PHZSM-5及REY催化剂表面上的吸附物种。间二甲苯室温吸附在HZSM-5上几乎见不到表征苯环的C—C键伸缩振动吸收蜂,但出现一条很强的表征对二甲苯苯环C—C键的伸缩振动吸收峰,表明吸附的间二甲苯基本上都转化为对二甲苯。反之,室温吸附在HZSM-5上的对二甲苯也部分地转化为间二甲苯(或邻二甲苯)。吸附在HZSM-5上的邻二甲苯则部分地转化为对二甲苯。REY催化剂上的吸附,也有类似的异构化现象。甲苯室温吸附在PHZSM-5上时,却观察到对二甲苯的吸附物种,表明发生了歧化作用。甲苯室温吸附在预吸附CD_3OD的REY催化剂上发生烷基化生成了对二甲苯。此外,还观测到吸附态的C_6D_6分子的D原子与沸石催化剂表面结构的OH基发生D—H交换作用。苯在HZSM-5,PHZSM-5及REY上吸附时,其结构对称性均有不同程度的降低。