[发明专利]一种ZSM-5沸石及其制备方法和用途

说明书

本发明提供了一种ZSM‑5沸石及其制备方法，并提供了ZSM‑5沸石用作化学反应催化剂或催化剂载体的用途。本发明使用的原料简单，廉价易得，与沸石结晶兼容性好，不会破坏沸石的结晶，可以对沸石结晶过程进行灵活的调控，改变沸石的结晶行为，提高沸石结晶度，提高骨架硅铝比，减少骨架缺陷，提高了催化剂的活性和稳定性，有利于催化反应，制备工艺简单，利于工业化规模生产。另外，本发明制备的ZSM‑5沸石还可作为半导体复合材料催化剂的载体材料，具有极高的兼容性，提高了其光催化反应效率。

技术领域

本发明属于催化剂制备技术领域，具体涉及一种ZSM-5沸石及其制备方法和用途。

背景技术

ZSM-5沸石催化剂是催化甲醇制丙烯反应的催化剂，但是由于天然微孔ZSM-5沸石由于微孔尺寸较小，不利于大分子扩散，具有严重的扩散限制问题，同时，其本征结构催化性能较差，因此需要对沸石的结构进行优化改善。

由于沸石材料在能源和健康领域拥有巨大的应用潜力，合理设计并合成目标结构和性能的沸石分子筛就显得尤为重要。虽然研究人员在沸石可控制备方面投入了巨大的努力，包括调节结晶参数和使用一些硬模板及软模板等，但是这其中的结晶机理知之甚少，合理调控沸石晶化过程中的成核与生长依旧是一个巨大的挑战。目前的沸石结晶理论主要分为经典结晶理论和非经典结晶理论，这两种理论都是基于营养物的添加过程，不同之处在于，经典结晶理论中营养物是前驱物的单体，而在非经典结晶中是前驱体的寡聚物、复合物和纳米粒子等。

目前现有技术中，为了实现对微孔沸石特定功能的调控，后处理法得到了极大的发展。在这些后处理策略中，使用高温蒸汽、酸碱刻蚀或者双氧水和微波辐射等来脱除骨架元素对于沸石材料的结构常常是毁灭性的，这会导致次级孔道的产生和部分骨架结构的坍塌，从而降低其结晶度。目前现有技术中常用的后处理方法包括：蒸汽处理法、酸处理法、脱硅法。

蒸汽处理法是一种水热处理方法，通常需要在500℃以上的温度下进行，沸石中的Si-O-Al键断裂，导致沸石骨架的铝损失以此来制备次生孔结构。而一些不太稳定和可移动的硅可由其他地方迁移并与缺陷处硅烷醇缩合的愈合过程可以导致更加复杂的多级孔结构。Van Bokhoven等人使用X射线衍射(XRD)和X射线吸收光谱(XAS)原位测试发现蒸汽引起的结构变化不会在最高温度下发生，水在温度比较低时进入到孔隙内，此时框架Al³⁺迁移到框架外部位置的行为也最为明显。而且一般情况下在蒸汽处理之后可能还需要温和的酸处理。根据这种机制，介孔的形成高度依赖于沸石中的Al浓度和对Al位点的水解程度。因此，大部分蒸汽处理工作都是在原始Si/Al比低的沸石上进行的。

酸处理也是常用的脱铝方法，其次级孔形成的机理与蒸法处理相同。Tromp等人在用沸石催化正己烷加氢异构化中的性能测试，比较了酸浸出的Pt/丝光沸石催化剂与未处理的Pt/丝光沸石催化剂的活性；研究发现，酸处理后的沸石在正己烷加氢异构化的活性明显增加，这可能归因于分子扩散路径的减少和更多的酸性位点被暴露。