بررسي ويژگي ساختاري زئوليت 5-ZSM با مقدار سيليكاي متوسط تهيه شده با اتانول

A study on the structural and textural properties of medium-silica ZSM-5 templated by ethanol

قالب‌ها نقش مهمي را در تبلور زئوليت‌ها ايفا مي‌ كنند. تركيب­ هاي آمونيمي رايج‌ترين الگو‌هاي مورداستفاده در تهيه زئوليت 5-ZSM هستند. كه به دليل قيمت، سميت و خورندگي زياد مي‌توانند مشكل­هاي فراواني را در مقياس بالا ايجاد كنند. در پژوهش حاضر امكان‌پذيري توليد 5-ZSM با سيليكاي متوسط با اتانول در دم­فشار همزن­دار 5 ليتري (rpm 450) و با منابع آلومينا و سيليكا ارزان‌قيمت و در دسترس بررسي شد. به كمك پراش پرتو ايكس (XRD)، طيف­شناسي فروسرخ تبديل فوريه (FTIR)­، ميكروسكوپ الكتروني پويشي گسيل ميداني (FE-SEM)، طيف‌شناسي تفكيك انرژي (EDS)، فلورسانس پرتو ايكس (XRF)، تجزيه وزن‌سنجي گرمايي (TGA) و روش BET، اثر عامل­هاي موثر بر ويژگي­ هاي ساختاري زئوليت بررسي شد. نتيجه­ ها نشان مي‌ دهد كه كوچك­ بودن اتانول و پيوند ضعيف آن با گروه‌هاي انتهايي Si-OH در آنيون‌هاي سيليكات، مدت بلورسازي و حساسيت ساختار به عامل­هاي سنتزي را افزايش مي‌دهد. با اين حال، تنظيم مناسب اين عامل­ها، امكان تهيه 5-ZSM با سيليكا متوسط را با خلوص، بلورينگي و سطح ويژه بالا فراهم ساخت. نسبت‌هاي بالاي OH-/SiO2 در سامانه، با افزايش سرعت هسته‌زايي و كاهش رشد بلور، منجر به كاهش نسبت ابعادي Lc/La در بلور شد. همچنين، افزايش ميزان Si/Al رشد سينتيكي بلور را در جهت b تقويت كرد و موجب پديدارشدن بلورهاي دوقلوي شش‌ضلعي شد. در پايان، نسبت OH-/SiO2 برابر با 0/15 و مدت تبلور 40 ساعت، به­عنوان مناسب‌ترين شرايط براي تهيه 5-ZSM خالص با SiO2/Al2O3 برابر با 50، بازدهي بالاي 90 %، بلورينگي نسبي 100 % و سطح ويژه 1-443m2gانتخاب شد.

Templates play a key role in the crystallization of zeolites. Quaternary ammonium compounds, the most common templates used in the synthesis of ZSM-5 zeolite, can cause problems in large-scale production due to their high cost, toxicity, and corrosive effects. The present study aimed to synthesize the medium-silica ZSM-5 templated by ethanol in a 5-liter stirred autoclave (450 rpm) with cheap and available alumina and silica sources. The effects of synthesis and operating parameters on the structural and textural characteristics of the zeolite were investigated using XRD, FTIR, FE-SEM EDX, XRF, BET, and TGA analyses. The results showed that the small size of ethanol and its weak bonding with Si-OH terminal groups of silicate anions increased the crystallization time and the sensitivity of the structure to synthesis parameters. However, proper adjustment of these parameters allowed the synthesis of a pure ZSM-5 with high crystallinity and surface area. It was found that high OH-/SiO2 ratios decrease the aspect ratio Lc/La by increasing nucleation rate and decreasing crystal growth. Moreover, increasing the Si/Al value accelerated the kinetic growth of the crystal in the b axis and led to the appearance of twinned coffin-shaped crystals. Finally, a pure silica-medium ZSM-5 (SiO2/Al2O3 = 50) with a yield above 90%, relative crystallinity of 100%, and surface area of 443 m2.g-1 was obtained at OH-/SiO2 =0.15 within 40 h.