图1为分子筛质量分数对成型强度的影响。从图1可以看出, 在分子筛质量分数小于60%时, 成型强度大于12 N· mm^-1, 分子筛质量分数为10%时, 强度可接近20 N· mm^-1, 强度在12 N· mm^-1以上即可满足工业应用要求。对于分子筛质量分数大于60%的体系而言, 强度下降明显, 需要通过成型过程的其他因素调整以提高强度。氧化铝含量越高, 越容易挤出强度高的载体, 这与氧化铝的成胶性能好密切相关。

图1

Figure 1

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	图1 分子筛质量分数对成型强度的影响Figure 1 Effect of zeolite mass fraction on extrusion strength

分子筛的不同硅铝物质的量比对成型强度的影响见表1。

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 分子筛不同硅铝物质的量比对成型强度的影响 Table 1 Effect of Si/Al mole ratio on extrusion strength 硅铝物质的量比 强度/N· mm-1 25 15.7 35 15.5 45 15.2 55 14.8 65 14.7 80 14.1 100 14.2

表1 分子筛不同硅铝物质的量比对成型强度的影响 Table 1 Effect of Si/Al mole ratio on extrusion strength

从表1可以看出, 随着分子筛硅铝比升高, 强度略有下降, 硅铝物质的量比从25升高到100时, 强度仅仅下降了1.5 N· mm^-1。表明硅铝比对成型强度的影响较小, 因为挤条基础强度主要由氧化铝决定, 分子筛硅铝比升高, 其疏水性增强, 即与其他粉体的结合力会减弱, 这是引起强度减小的原因。

不同分子筛颗粒尺寸对成型强度的影响见图2。

图2

Figure 2

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	图2 分子筛颗粒尺寸对强度的影响Figure 2 Effect of zeolite particle size on extrusion strength

从图2可以看出, 分子筛颗粒尺寸对成型强度影响较大。分子筛颗粒在1 μ m以下时, 强度均在19 N· mm^-1以上。颗粒尺寸在(2~8) μ m时, 强度约为13 N· mm^-1, 而颗粒尺寸大于20 μ m时, 强度下降明显, 颗粒尺寸20 μ m的强度为7 N· mm^-1, 100 μ m颗粒的强度仅仅只有4 N· mm^-1。分子筛颗粒小, 分子筛与氧化铝颗粒之间直接接触点增多, 强度提高。同时, 分子筛颗粒小对催化性能有利, 扩散阻力降低, 增加暴露的活性中心, 提高催化效果。

不同分子筛孔容对成型强度的影响见表2。

表2

Table 2

表2(Table 2)

表2 不同分子筛孔容对成型强度的影响 Table 2 Influence of pore capacities of zeolites on extrusion strength 孔容/mL· g-1 强度/N· mm-1 0.27 16.7 0.33 15.1 0.45 13.4 0.52 13.1 0.65 11.7 0.80 11.1

表2 不同分子筛孔容对成型强度的影响 Table 2 Influence of pore capacities of zeolites on extrusion strength

从表2可以看出, 随着分子筛孔容增大, 强度有下降趋势, 孔容在(0.27~0.33) mL· g^-1时, 强度在15 N· mm^-1以上。孔容增大到0.65 mL· g^-1后, 强度降到11.7 N· mm^-1以下。说明分子筛孔容对强度的影响较大, 孔容大则载体中的孔隙率升高, 对于圆柱形载体来说, 其径向承压能力会下降, 容易破碎。

比表面积大小与颗粒尺寸和孔容大小等密切相关, 颗粒尺寸小, 孔容大, 则比表面积大。对不同比表面积的分子筛进行成型强度的考察, 结果见表3。

表3

Table 3

表3(Table 3)

表3 不同分子筛比表面积对成型强度的影响 Table 3 Effect of specific surface area on extrusion strength 比表面积/m2· g-1 强度/N· mm-1 262 13.2 334 13.5 376 13.4 405 13.7

表3 不同分子筛比表面积对成型强度的影响 Table 3 Effect of specific surface area on extrusion strength

从表3可以看出, 在颗粒尺寸、孔容等处于一定的小范围内, 分子筛比表面积对强度影响不大。比表面积只是表征分子筛材料裸露表面的大小, 对分子筛的结构以及成型过程不会产生明显的影响, 因此, 对强度的影响也较小。比表面积从260 m²· g^-1提高到400 m²· g^-1时, 强度保持约在13 N· mm^-1。

分子筛合成时用的硅源一般是硅胶粉、硅溶胶、水玻璃、硅酸钠等, 合成及洗涤过程中, 难免会出现硅源不能完全反应、洗涤不彻底等现象, 致使分子筛中含有一定数量的游离硅。游离硅对挤条载体强度影响较大, 硅很难与硝酸溶液反应而成胶, 在胶体中仍是处于游离状态, 因此, 不但影响强度, 而且在干燥、焙烧等处理过程中易脱落, 造成载体掉粉现象。游离硅质量分数为0%、1.3%、3.4%、5.8%、9.2%和13.2%时, 成型载体强度分别为15.8 N· mm^-1、13.4 N· mm^-1、12.8 N· mm^-1、10.5 N· mm^-1、9.2 N· mm^-1和7.1 N· mm^-1。由此可知, 随着分子筛中游离硅质量分数升高, 强度下降。在游离硅质量分数低于3.4%时, 强度下降较小, 而游离硅质量分数高于5.8%时, 强度下降幅度较大。因此, 分子筛合成时, 洗涤过程中需要将分子筛晶粒以外的多余物质洗涤彻底, 以避免成型时对强度产生影响。