【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及分子筛，尤其涉及一种沿[001]晶面定向生长的zsm-5纳米棒及其制备方法和应用。
技术介绍
1、zsm-5是mobil公司20世纪70年代开发的类高硅沸石，它具有极好的择形性，而且在催化过程中不易积炭，是目前用途最为广泛的沸石分子筛。zsm-5分子筛有2套相互交叉的孔道体系，一套是平行于单胞a轴的z字形孔道，孔径尺寸为0.51nm×0.55nm；另一套是平行于单胞b轴的椭圆形直孔道，孔径尺寸为0.53nm×0.56nm。由于zsm-5具有独特的孔道结构、良好的热稳定性和强酸性等特征，被广泛应用于吸附、分离、催化等领域。
2、分子筛催化剂的催化性能与分子筛形貌(形状和大小)有密切的关系。分子筛的形貌往往会影响其外比表面积、中孔大孔的分布，进而影响分子的接触时长、扩散快慢。而分子筛合成方法、原料、陈化和晶化条件对合成zsm-5分子筛的形貌都有极其重要的影响。很多传统的zsm-5的合成方法不具有可控性，使得zsm-5的合成质量参差不齐，其孔道结构和十元环的分布都在分子筛里随机分配，沿a/b/c三轴上无序结晶，不具有动力学优势。因此，合成特定尺寸和形貌的zsm-5分子筛一直都是科研工作者的主要目标。
3、众所周知，zsm-5分子筛轴取向不同，表现出来的形貌也不尽相同。近年来，主要代表性的有球状型zsm-5(cn110467198a)、棺材状(cn115043413a)、纳米片状(cn108275697a)等不同形貌，其中片状zsm-5由于沿b轴方向生长较为缓慢，且主要暴露10元环直通孔道，具有较高
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种沿[001]晶面定向生长的zsm-5纳米棒及其制备方法和应用。本专利技术制备得到了沿[001]晶面定向生长的、纳米棒状形貌的zsm-5分子筛，且所得zsm-5分子筛在甲醇制烯烃反应中具有优异的催化性能。
2、为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
3、本专利技术提供了一种沿[001]晶面定向生长的zsm-5纳米棒的制备方法，包括以下步骤：
4、将硅源、铝源、模板剂、水、蔗糖和无机铵盐混合，得到溶胶；
5、将所述溶胶的ph值调节至7～10，之后依次进行陈化、晶化和第一焙烧，得到分子筛原粉；
6、将所述分子筛原粉依次进行铵离子交换和第二焙烧，得到沿[001]晶面定向生长的氢型zsm-5纳米棒。
7、优选地，所述硅源包括正硅酸乙酯、硅溶胶、c型硅胶和白炭黑的一种或几种；所述铝源包括硝酸铝、硫酸铝、氯化铝和偏铝酸钠中的一种或几种；所述模板剂包括四丙基氢氧化铵、乙二胺和三乙胺中的一种或几种；所述无机铵盐包括醋酸铵、硝酸铵、氯化铵、磷酸铵、碳酸铵和碳酸氢铵中的一种或几种。
8、优选地，所述硅源中si元素与铝源中al元素的摩尔比值大于等于100；所述模板剂与硅源中si元素的摩尔比为(0.02～0.50):1；所述水和硅源的质量比为(0.4～2):1；所述蔗糖与硅源中si元素的摩尔比为(0.10～0.30):1；所述无机铵盐与硅源中si元素的摩尔比为(0.05～0.40):1。
9、优选地，将所述溶胶的ph值调节至7.5～9。
10、优选地，所述陈化的温度为室温，时间为2～15h；所述晶化的温度为150～190℃，时间为20～100h；所述第一焙烧的温度为550～600℃，时间为4～10h。
11、优选地，所述铵离子交换在硝酸铵水溶液中进行，所述第二焙烧的温度为550～600℃，时间为2～8h。
12、本专利技术提供了以上技术方案所述制备方法制备得到的沿[001]晶面定向生长的zsm-5纳米棒。
13、优选地，所述zsm-5纳米棒的长度为1～6μm，宽度为50～400nm，厚度为30～200nm。
14、本专利技术提供了以上技术方案所述的沿[001]晶面定向生长的zsm-5纳米棒在催化甲醇制烯烃反应中的应用。
15、优选地，所述甲醇制烯烃反应中甲醇的反应空速为0.5～2h-1，反应温度为450～480℃，反应压力为常压。
16、本专利技术提供了一种沿[001]晶面定向生长的zsm-5纳米棒的制备方法，包括以下步骤：将硅源、铝源、模板剂、水、蔗糖和无机铵盐混合，得到溶胶；将所述溶胶的ph值调节至7～10，之后依次进行陈化、晶化和第一焙烧，得到分子筛原粉；将所述分子筛原粉依次进行铵离子交换和第二焙烧，得到沿[001]晶面定向生长的氢型zsm-5纳米棒。本专利技术加入蔗糖作为晶面生长抑制剂，蔗糖分子会优先在[100]和[010]晶面进行吸附，因此抑制了zsm-5[100]和[010]晶面的生长，使晶体沿[001]晶面生长为纳米棒状结构；本专利技术控制硅源、铝源、模板剂、水、蔗糖和无机铵盐混合所得溶胶的ph值为7～10，能够调节硅溶胶水解速度，更好和更均匀的生成棒状结构。因此本专利技术制备得到呈平条形棒状结构、规整均匀、沿其c轴[001]晶面方向有序生长的单分散纳米单晶棒状zsm-5分子筛。本专利技术采用水热一步合成法制得，制备方法简单，容易放大，且所制备得到的沿[001]晶面定向生长的zsm-5纳米棒在甲醇制烯烃反应中具有优异的催化性能，其具有更高的烯烃选择性和更长的寿命。
17、实施例结果表明，将本专利技术制备得到的沿[001]晶面定向生长的zsm-5纳米棒用于催化甲醇制烯烃反应，在催化剂剂装量2g，反应空速1～2h-1，反应温度475℃，反应压力为常压的反应条件下，单周期寿命为1350～2640h，丙烯平均选择性为42.2～48.2％。
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1.一种沿[001]晶面定向生长的ZSM-5纳米棒的制备方法，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硅源包括正硅酸乙酯、硅溶胶、C型硅胶和白炭黑的一种或几种；所述铝源包括硝酸铝、硫酸铝、氯化铝和偏铝酸钠中的一种或几种；所述模板剂包括四丙基氢氧化铵、乙二胺和三乙胺中的一种或几种；所述无机铵盐包括醋酸铵、硝酸铵、氯化铵、磷酸铵、碳酸铵和碳酸氢铵中的一种或几种。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述硅源中Si元素与铝源中Al元素的摩尔比值大于等于100；所述模板剂与硅源中Si元素的摩尔比为(0.02～0.50):1；所述水和硅源的质量比为(0.4～2):1；所述蔗糖与硅源中Si元素的摩尔比为(0.10～0.30):1；所述无机铵盐与硅源中Si元素的摩尔比为(0.05～0.40):1。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将所述溶胶的pH值调节至7.5～9。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述陈化的温度为室温，时间为2～15h；所述晶化的温度为150～190℃，时间为2
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铵离子交换在硝酸铵水溶液中进行，所述第二焙烧的温度为550～600℃，时间为2～8h。
7.权利要求1～6任意一项所述制备方法制备得到的沿[001]晶面定向生长的ZSM-5纳米棒。
8.根据权利要求7所述的沿[001]晶面定向生长的ZSM-5纳米棒，其特征在于，所述ZSM-5纳米棒的长度为1～6μm，宽度为50～400nm，厚度为30～200nm。
9.权利要求7或8所述的沿[001]晶面定向生长的ZSM-5纳米棒在催化甲醇制烯烃反应中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述甲醇制烯烃反应中甲醇的反应空速为0.5～2h-1，反应温度为450～480℃，反应压力为常压。
...【技术特征摘要】
1.一种沿[001]晶面定向生长的zsm-5纳米棒的制备方法，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硅源包括正硅酸乙酯、硅溶胶、c型硅胶和白炭黑的一种或几种；所述铝源包括硝酸铝、硫酸铝、氯化铝和偏铝酸钠中的一种或几种；所述模板剂包括四丙基氢氧化铵、乙二胺和三乙胺中的一种或几种；所述无机铵盐包括醋酸铵、硝酸铵、氯化铵、磷酸铵、碳酸铵和碳酸氢铵中的一种或几种。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述硅源中si元素与铝源中al元素的摩尔比值大于等于100；所述模板剂与硅源中si元素的摩尔比为(0.02～0.50):1；所述水和硅源的质量比为(0.4～2):1；所述蔗糖与硅源中si元素的摩尔比为(0.10～0.30):1；所述无机铵盐与硅源中si元素的摩尔比为(0.05～0.40):1。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将所述溶胶的ph值调节至7.5～9。
5.根据权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴志伟，王晓虎，董梅，樊卫斌，
申请(专利权)人：中国科学院山西煤炭化学研究所，
类型：发明
国别省市：
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