Синтез и изучение кислотных свойств цеолита Na-ZSM-5

Цеолиты представляют собой особый класс структурированных алюмосиликатов, обладающих развитой внутренней поверхностью, большим количеством микропор, что позволяет использовать их как в качестве сорбентов, мембранных материалов и катализаторов. Цеолит ZSM-5 представляет собой алюмосиликат, образованный параллельными каналами с диаметром 5,3-5,6Å соединенными между собой синусоидальными каналами с диаметром 5,1-5,5Å. При этом наличие атомов алюминия в кристаллической решетке цеолита дает возможность осуществления реакций дегидрирования, этерификации, изомеризации и ароматизации, а присутствие микроканалов существенно увеличивает число столкновений реагирующих соединений, что приводит к существенному увеличению скорости химических превращений в таких системах. Синтез цеолита ZSM-5 с использованием структуронаправляющих агентов известен с конца 70-х годов прошлого века, при этом высокая стоимость используемых структуронаправляющих агентов и большая продолжительность гидротермального синтеза, и необходимость последующих постсинтетических процедур приводят к высокой стоимости получаемого цеолита. Одним из возможных путей удешевления синтеза цеолита ZSM-5 является непосредственное использование цеолита ZSM-5 в качестве структурообразующего агента, при этом условия проведения синтеза оказывают решающее значение на структуру образующегося цеолита. В статье приводятся результаты исследования синтеза цеолита ZSM-5 и исследование его кислотных свойств с использованием реагентов местного производства. Для получения цеолита использовался предварительно размолотый силикагель, гидроксид натрия и алюминат натрия. Предварительно взвешенный образец силикагеля заливался раствором гидроксида натрия и перемешивался при 70 °C для образования коллоидного раствора, после чего добавлялся предварительно приготовленный раствор алюмината натрия и проводился гидротермальный синтез при 180°C в течение 24 часов. В процессе синтеза варьировалось соотношение Si/Al в диапазоне от 7,5 до 2000, при этом полученная кислотность составляла от 0,002 до 0,265 ммоль(NH3)/г(ZSM-5). Установлено, что синтез ZSM-5 с использованием предварительно приготовленных растворов реагентов превосходит метод с использованием непосредственного растворения твердых реагентов в автоклаве. Увеличение отношения Si/Al с 7,5 до 100 приводит к соответствующему увеличению поверхностной кислотности с 0.066 ммоль(NH3)/г(ZSM-5) до 0,265 ммоль(NH3)/г(ZSM-5). Дальнейшее увеличение отношения Si/Al до 2000 приводит к снижению поверхностной кислотности до 0,002-0,005 ммоль(NH3)/г(ZSM-5). Разработан надежный и простой метод синтеза цеолита ZSM-5, обеспечивающий выход цеолита до 97%.