HZSM-5分子筛制备及其催化酯化性能研究

作     者：秦娜娣 

作者单位：江苏大学 

学位级别：硕士

导师姓名：邵荣;丁建飞

授予年度：2021年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 081705[工学-工业催化] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：HZSM-5分子筛 均苯四甲酸四丁酯 三步晶化法 谷氨酸钠 晶种 

摘      要：均苯四甲酸四丁酯(TBPM)属于环保型增塑剂,是一种用途广泛且具有发展前景的功能性增塑剂。本文以HZSM-5分子筛为催化剂,将其用于TBPM增塑剂合成反应中。本文旨在合成具有较小晶粒尺寸和分级孔隙的HZSM-5分子筛,从而通过增大分子筛的比表面积,缩短扩散路径来帮助催化大分子物质反应。本文主要通过加入添加剂和晶种两种方法来调节分子筛的比表面积、晶粒尺寸、酸性质以及孔结构。采用L-天冬氨酸(LAA)、蓖麻油(CO)、可溶性淀粉(ST)、谷氨酸钠(MG)四种物质为添加剂,通过三步晶化法水热合成HZSM-5分子筛,用于TBPM酯化反应中考察其催化性能。并通过XRD、SEM、BET、NH-TPD等测试,分析了HZSM-5分子筛的结构和酸性。研究发现,LAA和MG可以降低分子筛的晶粒尺寸,而CO、ST未降低晶粒尺寸,四种添加剂均在分子筛晶体内引入了介孔。以谷氨酸钠为添加剂合成的M-HZSM-5分子筛具有较小的晶粒,较大的比表面积和孔体积,分别为320.94 m/g、0.213 m L/g,且酸含量较大,其总酸量为283μmol/g。在TBPM反应中表现出较高的均酐转化率。以M-HZSM-5为催化剂进行了酯化反应工艺优化,得到最佳的工艺条件为:反应时间为5 h、反应温度为200℃、醇酐比5:1、催化剂的用量为均酐质量的4%。以谷氨酸钠为助剂,考察了合成条件对分子筛的结构及催化性能的影响,最终确定最佳的HZSM-5分子筛制备条件是:低温晶化温度为50℃,低温晶化时间为48 h,谷氨酸钠添加顺序为TEOS后加入,谷氨酸钠加入量为总反应液质量的5%。该条件下合成的分子筛具有微、介孔结构,粒径较小,比表面积具有最大值,为361.14 m/g,孔体积为0.204 m L/g,总酸量为356μmol/g,均酐转化率达到92.1%。基于最优的HZSM-5分子筛制备条件,制备不同的晶种,考察晶种的种类和晶种的加入量对HZSM-5分子筛的结构及性能的影响,研究发现,加入晶种使HZSM-5分子筛晶粒尺寸有明显的降低,加入A-1晶种的分子筛结晶度较高,粒径尺寸较小,且分子筛的酸量较大。当A-1加入量为总反应液质量的1.4%时,合成的1.4A1-M-HZSM-5分子筛的比表面积与孔体积较大,分别为385.70 m/g,0.205 m L/g,其总酸量为414μmol/g,均酐转化率达到95.6%。并且在重复使用6次后,均酐转化率仍可达93.5%。