合成与表征新型介-微孔Y型分子筛Meso-NaY

陈平娥，刘洪涛

(1.北京化工大学理学院现代催化研究所，北京 100029；2.山西大同大学化学与化工学院，山西大同 037009）

合成与表征新型介-微孔Y型分子筛Meso-NaY

陈平娥1，2，刘洪涛1*

(1.北京化工大学理学院现代催化研究所，北京 100029；2.山西大同大学化学与化工学院，山西大同 037009）

应用新型模板剂炭黑对Y型分子筛进行组装合成具有介孔孔道的Y型分子筛.通过XRD、FT-IR结果表明，炭黑的加入降低了Y型分子筛结晶度.通过BET表征材料具有介孔孔道 (3.8 nm)，Meso-NaY的总比表面积和孔容分别为736m2/g和0.373 cm3/g.材料中介孔所占的比例很少，还不能达到长程有序，如何在Y型分子筛中引进长程有序的介孔材料将是今后研究的方向.

Y型分子筛 介-微孔Y型分子筛 炭黑硬模板剂 表征

Y型分子筛是现代催化裂化工艺中的主要催化材料.但Y型分子筛的主孔道由十二元环构成，直径大约为0.74 nm，重油大分子的裂化受到了限制.科学家就合成大孔径的分子筛做了大量工作[1-4].作为产生大孔的一种方法，研究者[5-7]以炭黑作为模板剂，采用“包埋”的机理，在ZSM-5分子筛、A沸石、β沸石、X沸石、L沸石的合成过程中加入一定量的炭黑，煅烧炭黑后留下介孔孔道，合成不同形貌的具有介孔孔道的分子筛.Kim等[9]利用胶体碳作模板剂，合成具有介孔孔道的ZSM-5，通过控制胶体碳的粒径 (12，22，45，85 nm)，合成孔径大小不一的介孔ZSM-5分子筛，比表面积为16～127 m2/g，孔容0.05～0.19 cm3/g.Tao等[10]利用碳气凝胶为模板剂合成具有介孔孔道的Y型分子筛，孔结构表征其比表面积为581m2/g，孔容为1.37 cm3/g.

本文用炭黑硬模板和Y型分子筛两种技术合成具有介孔孔道的Y型分子筛，并对材料进行了较系统的表征。

1 实验部分

1.1 介微孔材料的制备

导向剂的制备：将10.85 g氢氧化钠、45.02 g水玻璃 (模数为2.7)、2.13 g偏铝酸钠、85mL去离子水混合均匀，在32℃老化24～48 h.

Y型分子筛的合成：将72.13 g水玻璃、8.00 g氢氧化钠、0.97 g偏铝酸钠、21.88 g十八水硫酸铝、85mL去离子水以及15.83 g由1.1制备的导向剂按一定顺序混合均匀并强力搅拌1 h以上.

介微孔Y型分子筛的合成：在步骤2中加入一定量的炭黑，强力搅拌1 h以上后，将凝胶装入不锈钢反应釜中于110℃晶化24 h以上后经过洗涤、抽滤，放入80℃烘箱干燥得到样品，样品研磨后，在550℃焙烧10 h以脱除模板剂，即得到具有介孔孔道的Y型分子筛.

1.2 样品的表征

XRD表征：采用日本理学Rigaku D/Max 2500型X射线衍射仪测定样品的物相.管压为40 mV，管电流50mA，Cu靶，扫描范围0.5°～8°.

SEM表征：采用Hitachis-4700扫描电子显微镜观测样品外在形貌.

FT-IR表征：采用日本岛津仪器公司的傅立叶变换红外光谱仪 (IR prestige-21，Fourier Transform Infared Spectrophotometer，Shimadzu，Japan)进行分析，扫描范围为4 000～400 cm-1，仪器分辨率0.35 cm-1，性噪比为30 000：1.

N2等温吸附-脱附曲线分析：采用美国Quantachrome仪器公司的Autosorb-6 B全自动物理吸附仪进行分析.

2 结果与讨论

2.1 XRD

图1为Meso-NaY和NaY广角范围的XRD谱图，Meso-NaY广角范围的XRD谱图和Y型分子筛的XRD谱图一致，说明所合成的分子筛主体是Y型分子筛，炭黑的加入使得NaY结晶度有所降低.

图1 Meso-NaY(a)和NaY(b)的XRD

2.2 FT-IR

图2是Meso-NaY(a)和NaY(b)的傅立叶变换红外光谱 (FT-IR)，从图可以看出其具有Y沸石相应的一些特征骨架振动峰：波数在788 cm-1、715 cm-1对应的是T-O(T＝Si或Al)四面体伸缩振动峰，578 cm-1对应的是Y型分子筛双六元环的振动峰；454 cm-1对应的是T-O(T＝Si或Al)的弯曲振动峰，这与文献记载的Y型分子筛的FT-IR图谱一致[11].

图2 Meso-NaY(a)和NaY(b)的IR谱图

2.3 N2吸附-脱附等温曲线分析和BJH孔径分布曲线

图3为Meso-NaY的N2吸附-脱附曲线，图4为Meso-NaY的孔径分布曲线图.由图可以看出，材料的氮气吸附脱附曲线具有一个滞后环，其吸附类型接近第IV型，表现有介孔结构存在，滞后环不是很陡峭，说明材料中介孔所占的比例很少，还不能达到长程有序.BJH表明介孔孔径在3.8 nm附近，BET比表面积测定出Meso-NaY的比表面积为736m2/g，孔容为0.373 cm3/g.

图3 Meso-NaY的N2吸附-脱附等温曲线

图4 Meso-NaY的孔径分布曲线

2.4 扫描电镜

图5为Meso-NaY的SEM照片.由图可知，Meso-NaY沸石分子筛的晶系属立方晶系，颗粒是立方形的，与文献报道Y型分子筛一致，说明合成的分子筛为Y型分子筛.其粒径大小在1～5μm范围内，从图可看出在晶粒的表面有20～2 000 nm的不同形状的空隙存在，是介-微孔Y分子筛脱去模板剂后形成的.

图5 Meso-NaY的SEM照片

3 结论

采用炭黑硬模板剂与Y型分子筛组装合成具有介孔孔道(3.8 nm)的Y型分子筛，Meso-NaY的总比表面积和孔容分别为736 m2/g和0.373 cm3/g.材料中介孔所占的比例很少，还不能达到长程有序，如何在Y型分子筛中引进长程有序的介孔材料将是今后研究的方向.

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Synthesis and Characterization Meso-NaY-A New M eso-m icro-porousMaterials

CHEN Ping-er1，2，LIU Hong-Tao1
(1.Research Institute ofModern Catalysis，Faculty of Science，Beijing University of Chemical Technology，Beijing，100029；2.School of Chemistry and Chemical Engineering，ShanxiDatong University，Datong Shanxi，037009)

Zeolite Y ofmesoporous channels have been synthesized using novelmesoporous carbon black as template under alkaline conditions.The results of XRD、FT-IR showed that the crystalation of thematerials decreased with the increasing of the carbon black；The results of BET suggested that the composites had mesoporous structure(3.8 nm).The proportion ofmesoporous is very few，can notachieve long-range order.How can introduct the long-range ordered mesoporousmaterials into the Y-zeolite will be future research directions.

Zeolite Y；meso-NaY；carbonblack template；characterized

0643

A

〔编辑 杨德兵〕

1674-0874(2010)02-0041-03

2009-11-05

国家自然科学基金[20606003]

陈平娥(1971-)，女，湖北天门人，硕士，讲师，研究方向：现代催化技术；*刘洪涛，教授，博士，通信作者.