多级孔道5A分子筛的合成及吸附性能研究

基于分子管理的理念,采用择形吸附的5A分子筛将石脑油中的正构烷烃与非正构烃分离可以实现乙烯和芳烃收率的双目标优化,显著增加油品的利用价值。为进一步提高石脑油吸附分离过程的效率,在传统微孔5A分子筛的基础上,合成了具有微孔和介孔复合结构的多级孔道5A分子筛,并考察了其吸附性能。首先,运用分子动力学方法模拟了简单分子在一维分子筛孔道中的扩散过程,扩散系数随孔道直径的增大而增加。应用过渡态理论计算了不同正构烷烃在5A分子筛中的扩散系数,450K下,C3-C8正构烷烃在5A分子筛中的扩散系数为4.22×10-10 cm2/s至4.68×10-14 cm2/s,扩散过程非常缓慢,合成多级孔道5A分子筛以提高吸附速率极为必要。选择二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵(TPOAC)作为软模板剂,通过水热法合成了多级孔道5A分子筛,微孔孔道在0.5 nm左右,介孔孔道集中在7-13 nm,通过改变模板剂用量可以调控多级孔道5A分子筛的介孔数量。优化的合成工艺条件为：原料摩尔配比n(SiO2):n(Na2O):n(Al2O3):n(H2O): n(TPOAC)=100:333:67:20000:0.1,晶化时间6h,晶化温度100℃,甲醇洗涤至pH=8脱除模板剂,经钙离子交换得到多级孔道5A分子筛。合成的多级孔道分子筛的介孔体积为0.0674 cm3/g,相当于总孔体积的26.7%,288K下,正己烷吸附量为0.1183g/g分子筛。考察了不同正构烷烃在多级孔道5A分子筛中的吸附动力学,288K下,模板剂用量为0.1%的多级孔道5A分子筛中正戊烷、正己烷和正庚烷的液相扩散系数约为微孔5A分子筛中的2.02-3.94倍。正构烷烃在多级孔道5A分子筛中的扩散系数随模板剂用量的增加而增大。扩散活化能随正构烷烃碳数的增加而增大。最后,本文还对多级孔道5A分子筛的成型进行了考察,优化挤条成型配方为：成型助剂田菁粉用量8%、溶胶剂为浓度10%硝酸。直径为1mm的条形多级孔道5A分子筛的正己烷吸附量为0.1048g/g,液相扩散系数为条形微孔5A分子筛的2.01倍。