Войти
Молекулярная структура цеолита ZSM-5, демонстрирующая четко определенные поры и каналы в цеолите. Желтые шары представляют собой Si, а красные шары представляют собой О. 
Структура цеолита ZSM-5, показывающая координационный тетраэдр. 
Электронная микрофотография цеолита MFI со структурной моделью, наложенной в правом нижнем углу. ZSM -5, цеолит Socony Mobil-5 (тип каркаса MFI из ZS M -5 (fi ve)), представляет собой алюмосиликат цеолит, принадлежащий к семейству цеолитов пентасил. Его химическая формула : Na nAlnSi96 – n O 192 · 16H 2 O (0
Блок пентасил ZSM-5 ZSM- 5 состоит из нескольких звеньев пентасила, связанных между собой кислородными мостиками с образованием цепей пентасила. Элемент пентасила состоит из восьми пятичленных колец. В этих кольцах вершинами являются Al или Si и O, как предполагается, связаны между вершинами. Цепи пентасила соединены между собой кислородными мостиками, образуя гофрированные листы с 10-ю кольцевыми отверстиями. Подобно элементам пентасила, каждые 10- кольцевое отверстие имеет Al или Si в качестве вершин, причем считается, что между каждой вершиной соединен символ O. Каждый гофрированный лист соединен кислородными мостиками, образуя структуру w с «прямыми 10-кольцевыми каналами, идущими параллельно гофрам, и синусоидальными 10-кольцевыми каналами, перпендикулярными листам». Соседние слои листов связаны точкой переворота. Расчетный размер пор канала, идущего параллельно гофрам, составляет 5,4–5,6 Å. Кристаллографическая элементарная ячейка ZSM-5 имеет 96 позиций T (Si или Al), 192 позиций O и ряд компенсирующих катионов в зависимости от отношения Si / Al, которое колеблется от 12 до бесконечности. Структура является ромбической (пространственная группа Pnma) при высоких температурах, но фазовый переход в моноклинную пространственную группу P2 1 /n.1.13 происходит при охлаждении ниже температуры перехода, расположенной между 300 и 350 К.
Катализатор ZSM-5 был впервые синтезирован Аргауэром и Ландольтом в 1969 году. Это цеолит со средними порами с каналами, ограниченными десятичленными кольцами. Синтез включает три различных решения. Первый раствор является источником оксида алюминия, ионов натрия и гидроксид-ионов; в присутствии избытка основания оксид алюминия будет образовывать растворимые ионы Al (OH) 4. Второй раствор содержит катион тетрапропиламмония, который действует как шаблонный агент. Третье решение - источник диоксида кремния, одного из основных строительных блоков каркасной структуры цеолита. Смешивание трех растворов дает пересыщенный тетрапропиламмоний ZSM-5, который можно нагревать для перекристаллизации и образования твердого вещества.
Пентасил-цеолиты определяются типом их структуры, а более конкретно, их картинами дифракции рентгеновских лучей. ZSM-5 - торговое название пентасил-цеолита.
Еще в 1967 году Аргауэр и Ландольт разработали параметры синтеза пентасильцеолитов, в частности, те, которые относятся к следующим молярным отношениям: OH / SiO 2 = 0,07–10, SiO 2 / Al 2O3= 5–100, H 2 O / SiO 2 = 1–240. Однако с помощью процедуры Аргауэра и Ландолта удалось синтезировать достаточно чистую фазу цеолита ZSM-5 только в том случае, если использовались органические амины со структурообразующей функцией (то есть с функцией темплата), такие как соединения тетрапропиленаммония. В последующих публикациях были раскрыты способы проведения синтеза пентасил-цеолитов без необходимости использования очень дорогих, токсичных и легко воспламеняемых матриц из органических аминов. Еще в других последующих публикациях описаны заменители этих аминов. В дополнение к их стоимости, токсичности и воспламеняемости такие амины нежелательны, поскольку они подвержены термическому разложению, которое может разрушить структуру цеолита. В дальнейших публикациях описаны модификации процесса Аргауэра и Ландольта, направленные на улучшение реакционной способности исходных материалов SiO 2 и Al 2O3.
ZSM-5 представляет собой синтетический цеолит, близкий к ZSM-11. Есть много способов синтезировать ZSM-5; распространен следующий метод:
ZSM-5 обычно получают при высокой температуре и высоком давлении в тефлоновом -покрытом автоклаве и могут быть приготовлены с использованием различных соотношений SiO 2 и соединений, содержащих Al.
ZSM-5 имеет высокое отношение кремния к алюминию. Когда катион Al заменяет катион Si, дополнительный положительный заряд необходим для сохранения нейтрального заряда материала. С протоном (H) в качестве катиона, материал становится очень кислым. Таким образом, кислотность пропорциональна содержанию Al. Очень правильная 3-D структура и кислотность ZSM-5 могут быть использованы для катализируемых кислотой реакций, таких как изомеризация углеводородов и алкилирование гидрокарбоната. нс Одной из таких реакций является изомеризация мета-ксилола в пара-ксилол. В порах цеолита ZSM-5 пара-ксилол имеет гораздо более высокий коэффициент диффузии, чем мета-ксилол. Когда реакции изомеризации дают возможность протекать в порах ZSM-5, пара-ксилол может проходить по порам цеолита, очень быстро диффундируя из катализатора. Такая избирательность по размеру позволяет реакции изомеризации протекать быстро с высоким выходом.
Изомеризация мета-ксилола в пара-ксилол при прохождении через катализатор ZSM-5. ЗСМ-5 использовался как вспомогательный материал для катализа. В одном из таких примеров медь осаждается на цеолите, и поток этанола пропускается при температуре от 240 до 320 ° C в виде потока пара, что вызывает этанол окисление к ацетальдегиду ; два атома водорода теряются этанолом в виде газообразного водорода. Похоже, что конкретный размер пор ZSM-5 является преимуществом для этого процесса, который также действует для других спиртов и окислений. Медь иногда комбинируют с другими металлами, такими как хром, для точной настройки разнообразия и специфичности продуктов, поскольку их может быть несколько. Уксусная кислота является одним из возможных побочных продуктов окисления меди в горячем состоянии. Он используется для преобразования спиртов непосредственно в бензин.
