ZSM-5沸石在石油化工過程中得到廣泛應(yīng)用,它是一種具有獨(dú)特的三維通道結(jié)構(gòu)和酸強(qiáng)度分布的形狀選擇沸石,絕大多數(shù)孔徑在0.55nm左右,具有高硅鋁比和親油疏水的特性,同時(shí)具有熱穩(wěn)定性和催化活性高的特點(diǎn),一般應(yīng)用于石油化工過程改善催化裂化汽油質(zhì)量和生產(chǎn)乙烯和丙烯等重要的化工原料。
ZSM-5沸石合成方面的研究熱點(diǎn)主要集中于:
(1)小晶粒沸石,尤其是納米沸石的合成。分子篩晶粒的降低,增加了外表面的活性中心,降低了擴(kuò)散阻力,使反應(yīng)物分子接近活性中心的幾率增大,反應(yīng)選擇性好:
(2)含雜原子ZSM-5沸石的合成。以Ga、B、Fe、Sn、Ti、Cr和Zr等雜原子同晶置換ZSM-5中的部分或全部鋁或硅,在改變分子篩的化學(xué)組成和孔結(jié)構(gòu)大小的同時(shí),對其表面酸性質(zhì)及擇形性進(jìn)行調(diào)變或賦予分子篩以脫氫功能或氧化還原性能,可以獲得催化性能優(yōu)異的分子篩,用于甲醇轉(zhuǎn)化為液態(tài)燃料、低碳烷烴芳構(gòu)化等催化反應(yīng)過程中;
(3)以不同的材料為載體合成ZSM-5沸石。
在實(shí)際催化過程中,用堿處理方法制備介孔ZSM-5分子篩催化劑,用于正辛烷的裂化反應(yīng),發(fā)現(xiàn)介孔ZSM-5催化劑的強(qiáng)酸位減弱,使得反應(yīng)轉(zhuǎn)化率下降,但是堿處理后產(chǎn)生的介孔使目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性達(dá)到96%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于微孔ZSM-5分子篩催化劑的22%。以上說明,ZSM-5分子篩中的介孔可以明顯改善催化裂化過程的反應(yīng)結(jié)果。
另外,在目前的石油煉制工業(yè)中,異構(gòu)化反應(yīng)主要分為脂肪烴異構(gòu)化反應(yīng)和芳香族化合物異構(gòu)化反應(yīng),烷烴異構(gòu)化工藝主要應(yīng)用于生產(chǎn)無鉛化汽油,烯烴異構(gòu)化用于生產(chǎn)高辛烷值汽油。芳香族化合物的異構(gòu)化反應(yīng)可用于生產(chǎn)聚酯、農(nóng)藥、除草劑、抗氧化劑、塑料和橡膠用的紫外線吸收劑等。ZSM-5分子篩催化劑則廣泛應(yīng)用于芳香族化合物的異構(gòu)化反應(yīng)。Christensen等將介孔ZSM-5分子篩催化劑應(yīng)用于正十六烷的裂化及異構(gòu)化反應(yīng),十六烷異構(gòu)化選擇性為616%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)ZSM-5的114%。L i等在正己烯芳構(gòu)化與異構(gòu)化反應(yīng)中發(fā)現(xiàn),堿處理能夠適當(dāng)提高ZSM-5分子篩催化劑的酸性,并能夠產(chǎn)生互相聯(lián)通的微孔和介孔,阻止進(jìn)一步結(jié)焦,提高催化劑的異構(gòu)化活性。
不同的制備方法得到的多級孔ZSM-5沸石分子篩的晶體形貌、催化性能及水熱穩(wěn)定性等方面都有很大差別, 同時(shí)每種方法都存在著一定的不足:
1) 后處理法可以得到一定的二次孔同時(shí)還可以調(diào)變沸石分子篩的硅鋁比和酸性,該方法是目前工業(yè)上應(yīng)用最多的方法;然而該方法容易導(dǎo)致沸石骨架塌陷同時(shí)處理過程中會存在酸堿污染。
2)模板劑法是目前研究報(bào)道最多的一種方法,然而硬模板劑往往存在使用量大成本較高,同時(shí)得到的介孔孔道連通性較差等問題; 而軟模板劑成本一般較高,同時(shí)合成條件比較復(fù)雜。
3)前驅(qū)體自組裝法雖然可以合成出比表面和介孔孔容都較大的沸石分子篩, 然而分子篩的結(jié)晶度往往比較低同時(shí)水熱穩(wěn)定性相對也較差。因此,尋找更為簡單廉價(jià)的或?qū)δ0鍎┻M(jìn)行有效地循環(huán)利用是目前研究者的主要研究方向。