本技术介绍了一种ZSM-5分子筛的表面改性方法,属于分子筛材料制备技术领域。该技术通过利用阴离子对阳离子的静电吸引,采用体积超过分子筛孔径的阴离子,实现对ZSM-5分子筛表面的有效改性。
背景技术
ZSM-5分子筛是一种多孔材料,在工业废气的吸附处理、酸催化反应等领域中均有应用,例如:挥发性有机化合物(VOCs)的吸附、小分子气体的选择性吸附与分离、芳烃类化合物的工业催化反应等。
VOCs的主要成分为烃类、苯系物、胺、醇、醚、酯等,其来源广泛,可能在空气中进一步反应生成光化学烟雾,进而严重损害人体健康。分子筛以其不可燃性、吸附稳定性及低成本性在VOCs吸附剂中具有极大的优势。分子筛颗粒具有均匀的孔结构,有利于吸收小于分子筛孔腔直径的分子,而颗粒间形成的晶间孔还具有优先吸附不同极性的分子、不饱和分子的作用,所以分子筛可以筛分不同极性、不同饱和度、不同分子大小和不同沸点的VOCs分子,因此一般可对ZSM-5进行改性,增加其吸附性能或筛分性能。如酸或碱(如NaOH、HNO3
)溶液处理增加分子筛介孔孔体积以增加其吸附性能;如可通过负载氧化物缩小孔口、水热处理降低表面酸度等方法将其定制为选择性吸附芳香族VOCs化合物,将ZSM-5缩小孔口改性后也可应用在选择性吸出天然气中掺杂的N2
、CO2
或沼气、垃圾填埋气中CH4
与CO2
分离的工艺过程中,以取得更好的效果。
对二甲苯(PX)是一种重要的有机化工原料,ZSM-5分子筛由于具有与苯、甲苯以及对二甲苯的动力学直径相当的独特十元环孔道,是甲苯烷基化制PX常用的分子筛催化剂。虽然ZSM-5分子筛具有优异的活性和稳定性,然而ZSM-5分子筛外表面的酸性位点在烷基化过程中会导致生成的PX发生异构化反应,从而降低催化剂的对位选择性性能。为提高PX选择性,可通过对外表面酸性位进行适当修饰并适度调节孔穴的开口尺寸,使其具有更好的择形性能。常用的ZSM-5分子筛改性方法有多步浸渍法、硅烷化法、水热处理法、酸碱处理法等。此类改性方法往往存在操作繁琐、耗能较大、孔道堵塞、孔道内部酸性中心破坏等问题,从而使得催化剂活性和稳定性下降。
因此有必要开发一种较为简易的ZSM-5分子筛的表面改性方法,可在提高PX选择性的同时,维持该多孔材料的高活性、高稳定性;同时也可将改性后的ZSM-5分子筛应用于气体吸附领域。
实现思路