Catalizzatore HZSM-5 per il catalizzatore di isomerizzazione ZSM-5 di idroformatura

Resistente agli'acidi

La zeolite ZSM-5 ha buon resistente agli'acidi, è resistente ai vari acidi eccetto acido fluoridrico.

Rapporto grammomolecolare: 15-1000
Forma nominale del catione: Ammonio/idrogeno

Peso%del Na₂O: 0,05
Area, m2/g: 450

ZSM-5

Il setaccio molecolare ZSM-5 si vanta le proprietà uniche ed eccezionali, che ampiamente sono impiegate nei processi e nelle applicazioni importanti attraverso una vasta gamma di industrie. Comunemente usato nella conversione del metanolo in raffinazione della benzina e del diesel come pure dell'olio, ZSM-5 ha provato superiore ai catalizzatori acidi solidi amorfi nelle reazioni quale isomerizzazione del xilene, disproporzionamento del toluene e l'alchilazione ecc. del toluene sopra scambio ionico o modifica, le zeoliti H-ZSM-5 può essere derivata anche per possedere la para-selettività migliorata. Tutto considerato, l'alta versatilità di questa zeolite le rende un materiale vero indispensabile attraverso molte industrie.

Introduzione

Il setaccio molecolare ZSM-5 è una zeolite altamente silicea del aluminosilicate con un sistema d'intersezione e tridimensionale del canale. La sua formula chimica, NanAlnSi96-nO192 · 16H2O, mostra la composizione delle cellule di unità della zeolite. In questa formula la variabile, n, può variare da 0 a 27. Ciò significa che il rapporto della quantità di molecole del silicio e di molecole di alluminio può essere cambiato all'interno di gamma abbastanza vasta con il numero totale delle molecole di alluminio e del silicio a 96,1, 2

ZSM-5 è un catalizzatore selettivo di forma con una struttura unica ed è uno dei materiali microporosi più importanti caratterizzati 10 da una struttura di poro membered dell'anello (10-MR). Kokotailo et al. ha riferito che la struttura di ZSM-5 in 19783 e della descrizione strutturale di ZSM-5 è indicata nella tavola nella figura 1.

La struttura ZSM-5 contiene una configurazione novella del tetrahedra collegato, che sono le unità di costruzione primarie dei sistemi tridimensionali del canale all'interno delle strutture della zeolite. L'unità di costruzione secondaria che forma dai questi il tetrahedra visualizzare una disposizione 5-1, una caratteristica principale delle zeoliti di Pentasil, da cui 5 anelli membered dell'ossigeno sono formati. Quattordici associazioni di tetrahedra formare un'unità secondaria (citata come l'unità di Pentasil) con otto fronti, tutto il pentagonale nella forma. Le unità secondarie pentagonali esibiscono la simmetria di 41 m2 (D2d) ed il legame lineare di questi risultati delle unità nella formazione di catene estese lungo l'z-asse. La struttura della struttura parallelizza agli orientamenti <010> ed <100> è indicata nella figura 2,4

Figura 1. descrizione strutturale di zeolite ZSM-5

La struttura ZSM-5 contiene due insiemi dei canali 10-MR, eseguire il perpendicolare ad uno un altro, attraverso la grata. Un insieme dei canali è diritto con un Å di sezione trasversale (5,2 x 5,7) leggermente ellittico e gli altri canali fatti funzionare nella formazione di zigzag (sinusoidale) con un Å di sezione trasversale (5,3 x 5,6) circolare .5

Figura 2. struttura della struttura

La diffrazione ai raggi X (XRD) è una tecnica potente e disponibile facilmente per la determinazione delle disposizioni atomiche all'interno di una zeolite. Come qualunque altro materiale cristallino, la zeolite ZSM-5 esibisce i modelli di diffrazione unici. Tali analisi di XRD sono utili per l'identificazione strutturale. L'analisi di XRD per ZSM-5 mostra cinque picchi caratteristici, secondo le indicazioni di figura 3, indicante chiaramente la struttura di MFI.

Figura 3. analisi di XRD di zeolite ZSM-5

Immagini di SEM di cambiamento ZSM-5 secondo il metodo ed i precursori di sintesi. Le varie morfologie e forme di ZSM-5 sono disponibili per l'acquisto sul deposito online materiale di ACS.

Sintesi

A partire dal momento il setaccio molecolare ZSM-5 è stato sintetizzato con successo e la sua prestazione eccellente nelle applicazioni è stata scoperta, ricercatori ha funzionato instancabile sul mettere a punto i vari metodi per la produzione dello ZSM-5.6-8 attualmente, i metodi della sintesi più popolari di ZSM-5 può essere divisa approssimativamente nelle seguenti tre categorie: sintesi nei sistemi dell'amina inorganica e dell'amina organica; sintesi nei sistemi del carico; e la sintesi nel non idro termale idrotermale systems.9-12 dei sistemi sebbene i metodi suddetti comprendano i modelli differenti, nelle materie prime (fonti differenti comprese del silicio e fonti di alluminio) e nei principi rimane la stessa. La struttura delle materie prime è riorganizzata per formare le strutture che uniche del canale del poro conosciamo come sieves.13-14 molecolare

I rapporti TPA+ e SiO2/Al2O3 sono due fattori importanti che influenzano la sintesi del setaccio molecolare ZSM-5. L'alcalinità della miscela del gel è un parametro supplementare che svolge un ruolo dominante. Il contenuto elevato della silice di questa struttura rende il materiale particolarmente sensibile alla solubilizzazione nell'ambiente altamente alcalino. Alle alte concentrazioni nell'idrossido, la crescita dei cristalli ed i fenomeni della dissoluzione fanno concorrenza, con conseguente formazione di più piccoli cristalli.

Gli studi hanno indicato che la natura prontamente cristallizzabile di zeolite ZSM-5 dai sistemi del gel può essere formata facendo uso degli agenti templating organici differenti. Van der Gaag indica che, 6 hexanediol, 1,6 hexanediamine, 1 propanolo, 1 propilammina e il pentaerythritol tutto incoraggiano la formazione di questa struttura. Il catione di TPA+ è un additivo preferito alla miscela della sintesi in questo caso, poichè incoraggia forte la formazione della struttura ZSM-5 sopra la vasta gamma dei rapporti SiO2/Al2O3. Le rovine di questo metodo, tuttavia, comprendono l'alto costo degli additivi, della corrosività e dell'esigenza della rimozione degli additivi prima dell'uso della zeolite per la sua attività catalitica. I tentativi sono stati fatti di sintetizzare la zeolite ZSM-5 da un medium senza modello del gel ed alcuni risultati sono stati riferiti per rendere il materiale altamente cristallino ZSM-5. I tentativi continui stanno facendi di produrre efficientemente le buone zeoliti cristalline ZSM-5 ai bassi costi.

Applicazioni

Theproperties di una zeolite particolare ZSM-5 dipende dalla sua disposizione cristallina della struttura, dall'uniformità della sua dimensione del canale e dall'acidità. Le zeoliti ZSM-5 hanno graduato uniformemente i pori secondo la misura che viene ad un vantaggio quando le molecole più grandi della dimensione del canale non possono formarsi all'interno della zeolite con le eccezioni, a volte, alle intersezioni. Le dimensioni del poro della zeolite ZSM-5 sono inoltre unicamente adatte a formazione di olefine C7 e C8 ed a loro ciclizzazione ai composti aromatici corrispondenti. Questa proprietà unica di ZSM-5 limita la formazione tri e dei Di di composti aromatici ciclici, che sono precursori del coke.

La proprietà particolare che prepara le zeoliti ZSM-5 particolarmente utili per le applicazioni commerciali è selettività di forma. Il termine «selettività di forma» è stato coniato nel 1960 da Weisz e Frilette per descrivere le proprietà catalitiche uniche di piccolo poro sieves.15 molecolare non era fino a più successivamente che la disponibilità delle zeoliti medie sintetiche del poro 6Å ha ampliato il regno di selettività di forma. Infine, era l'uniformità e l'apertura di medie dimensioni del poro dello ZSM-5, con la probabilità di formazione delle molecole del prodotto, che hanno preparato le zeoliti della famiglia di pentasil adatte a catalisi selettiva di forma. La zeolite ZSM-5 differisce notevolmente dalla maggior parte degli altri setacci molecolari in quanto che la sua selettività di forma ha un range.16 dinamico molto ampio

Generalmente, la selettività di forma può essere classificata nelle seguenti categorie: (1) selettività del reattivo, (2) selettività limitata dello stato di transizione e (3) selettività del prodotto.

(1) selettività del reattivo

La selettività del reattivo è quando soltanto certo tipo di molecola del reattivo, più piccolo nella dimensione confrontata agli altre, è diffuso ed attraversa i pori del catalizzatore. Il processo di deparaffinazione del distillato di Mobil, per esempio, è un processo selettivo di forma del reattivo in cui soltanto la catena diritta o leggermente ramificato paraffina presente in un distillato può entrare nei pori ZSM-5, in cui ottengono incrinati ai prodotti più leggeri. Ciò rende la a più di meno il prodotto «che cereo» con un più basso il punto di scorrimento.

(2) selettività limitata dello stato di transizione

Ciò accade quando sia le molecole del reattivo che le molecole del prodotto sono abbastanza piccole diffondersi attraverso il canale, ma gli intermedi di reazione sono più grandi di qualsiasi reattivi o prodotti e specialmente sono costretti. Monomolecolare piuttosto che gli stati di transizione bimolecolari sono favoriti a queste circostanze. L'esempio più importante di selettività limitata dello stato di transizione è l'assenza di cottura iniziale ZSM-5 nel tipo setacci molecolari. Questo tipo di selettività di forma svolge un ruolo principale nell'incrinamento selettivo di paraffina nella famiglia ZSM-5 delle zeoliti. Per esempio, lo sforzo sterico di più grande complesso degli stati di transizione richiesto per fendere il pentano metilico 3 in ZSM-5 è la causa proposta del suo più di poca attività di quella di n-esano. Il metanolo alla conversione della benzina (MTG) è un altro esempio importante di selettività di forma dello stato di transizione, dove lo spazio disponibile nelle cavità dello ZSM-5 determina il più grande complesso bimolecolare della reazione che possa essere formato.

(3) selettività del prodotto

Ciò accade quando alcuni dei prodotti formati all'interno dei pori sono troppo ingombranti per diffondersi fuori e comparire come prodotti osservati. Sono convertiti in molecole meno ingombranti (per esempio tramite l'equilibrio) o finalmente disattivano il catalizzatore bloccando i pori. Il disproporzionamento di m-xilolo è il migliore esempio di questo. Fra i prodotti alchilati, 1, 3, il benzene trimethy 5 sarà formato preferenziale al benzene trimethy della molecola 1,3,5 ingombranti dei prodotti. Similmente, nell'isomerizzazione del xilene, l'p-isomero preferenziale è formato confrontato all'o-isomero.

Una delle caratteristiche selettive di forma unica di H-ZSM-5 è la sua para-selettività nelle reazioni di sostituzione electrophillic quali alchilazione e disproporzionamento delle piante aromatiche alchiliche. Regolando l'attività acida del sito della zeolite e controllando i parametri della diffusione, l'alta para-selettività può essere raggiunta.

Conclusione

Le caratteristiche suddette della zeolite ZSM-5 le rende un catalizzatore altamente adatto per incredibilmente un'ampia varietà di processi industriali compreso l'incrinamento selettivo di forma quali la M.-formazione, la deparaffinazione del distillato ed i processi di deparaffinazione del lubrificante. Processi di aromatizzazione come m2 che si formano, cyclar, aroforming e metanolo della benzina (MTG) di conversione al beneficio anche altamente dalla zeolite ZSM-5 come pure modellare i processi di conversione selettivi come isomerizzazione del xilene, disproporzionamento del toluene, la sintesi dell'etilbenzene e la sintesi etilica del toluene di para. Va da sé che la zeolite ZSM-5 è un materiale altamente importante in molte industrie generale.