Co/γ-Al2O3催化乙酰丙酸加氢合成γ-戊内酯的研究

采用等体积浸渍法制备一系列Co负载量不同的Co/Al₂O₃催化剂,用于乙酰丙酸液相催化加氢制γ-戊内酯反应。采用X射线衍射仪和透射电镜对Co/Al₂O₃催化剂进行表征,考察Co负载量、反应温度、反应压力和催化剂用量等对乙酰丙酸液相催化加氢反应的影响。结果表明,在Co负载质量分数15%、反应温度140 ℃、反应压力4.0 MPa和催化剂用量为反应物总质量的20%条件下,以甲醇为溶剂,反应6 h,乙酰丙酸转化率100%,γ-戊内酯选择性80.4%。催化剂重复使用6次仍具有较好的催化性能。     

Ni/ZrO2-SiO2催化剂催化乙酰丙酸加氢合成γ-戊内酯

分别以ZrO₂、SiO₂及ZrO₂-SiO₂复合氧化物为载体,采用等体积浸渍法制备了Ni含量为10%（质量分数）的催化剂,考察了其催化乙酰丙酸液相加氢性能。采用N₂-物理吸附、NH₃-TPD、H₂-TPR、XRD、TEM等表征手段对催化剂进行了表征。研究结果表明,在所制备的催化剂上,乙酰丙酸先经C=O加氢生成4-羟基戊酸,后者快速脱水酯化为γ-戊内酯。Ni/ZrO₂-SiO₂催化剂较Ni/ZrO₂与Ni/SiO₂催化剂具有高的金属分散度和丰富的表面酸性中心,表现出高的C=O加氢活性以及优异的乙酰丙酸加氢合成γ-戊内酯性能。在反应温度为200℃,氢气压力4 MPa的反应条件下,乙酰丙酸的转化率达到100%,γ-戊内酯的选择性大于99.9%。     

乙酰丙酸改性对HZSM-5甲醇芳构化催化剂性能的影响

利用葡萄糖水解原位产生的乙酰丙酸对HZSM-5分子筛进行改性,通过X射线衍射、X射线荧光分析、N₂吸附-脱附、扫描电子显微镜、NH₃-TPD、Py-Fourier透射红外光谱、热分析等手段对催化剂进行表征,在固定床微型反应器上评价催化性能。结果表明:改性后的HZSM-5在保留完整晶相结构的基础上产生了微孔–介孔结构,酸量和酸强度降低,B酸/L酸值增加,这些变化有利于提高催化剂的寿命、油相收率和苯、甲苯及二甲苯(BTX)的总选择性。在反应温度410℃、反应压力0.1 MPa、质量空速(WHSV)2.2 h^–1的条件下,催化剂寿命达到174 h,油相收率达到23.84%,BTX总选择性达到61.39%。与相同条件下未改性的催化剂相比分别提高了144 h、7.29%和3.42%。     

SAPO-11/HZSM-5对乙醇脱水制乙烯反应的催化性能

测定HZSM-5与SAPO-11复合催化剂(SAPO-11/HZSM-5)对乙醇脱水制乙烯反应的催化性能,考察反应工艺条件;对比HZSM-5、SAPO-11和SAPO-11/HZSM-5催化乙醇脱水制乙烯反应性能;分析三种催化剂表面酸量及酸强度,以及对反应产物组成的影响。结果表明:SAPO-11/HZSM-5催化乙醇脱水制乙烯反应的适宜条件为:压力0.1 MPa,温度240℃,空速1.2 h-1,乙醇浓度99.7%;乙醇转化率、乙烯选择性分别为99.19%和98.77%;气相产物中乙烯含量达到98.92%,C3、C4组分含量分别为0.37%和0.40%,未检测到C5以上组分。SAPO-11/HZSM-5催化乙醇脱水制乙烯反应温度比HZSM-5、SAPO-11低60℃。适度增加催化剂表面弱酸量及强度,并使其具有相当比例的强酸量,有利于提高乙醇脱水制乙烯反应活性和乙烯选择性。     

Pd/HZSM-5催化剂催化加氢丙酮合成甲基异丁基酮

以HZSM-5为载体,采用浸渍法制备系列Pd/HZSM-5催化剂,在高压连续流动固定床反应器中考察Pd/HZSM-5催化剂催化加氢丙酮一步法合成甲基异丁基酮性能,并对工艺条件进行优化。结果表明,当HZSM-5载体上Pd负载质量分数为0.5%时,在反应温度140 ℃、氢压1 MPa、空速0.48 h^-1和氢酮物质的量比为1条件下,Pd/HZSM-5催化剂催化活性较高,丙酮转化率为45.91%,甲基异丁基酮选择性为94.33%。采用XRD、H₂-TPD、SEM、EDS和TGA等对催化剂进行表征,结果表明,负载质量分数0.5%的Pd在HZSM-5分子筛表面分散均匀,且0.5%Pd/HZSM-5催化剂具有较高氢吸附能力,失活的主要原因为催化剂表面积炭,采用流化床反应器取代传统的固定床反应器可以很好的解决催化剂积炭问题。     

CuO/HZSM-5催化溴甲烷芳构化制备芳烃

采用等体积浸渍法制备了不同负载量（1%~7%）的CuO/HZSM-5催化剂,在固定床反应器中研究了不同反应温度、溴甲烷流量以及CuO负载量对溴甲烷芳构化催化性能的影响。采用SEM、XRD、N₂吸附脱附、TEM、XPS、TG、DSC、NH₃-TPD等技术对反应前后的催化剂进行表征。XRD 结果显示活性组分CuO 在HZSM-5上具有很好的分散性,并且反应后Cu晶型不变。NH₃-TPD 结果显示3%的CuO 负载后,催化剂强酸量增加。在CuO 负载量为3%,温度为360℃,反应空速为240 ml·g^-1·h^-1 条件下得到最高的芳烃收率（22.3%）。XPS 结果显示反应后在催化剂上主要的积炭为石墨碳。催化剂稳定性测试结果表明反应40 h内催化活性没有明显下降。     

柴油车尾气四效组合催化剂的研究

提出设计双层组合催化剂净化新技术,即碳黑氧化燃烧催化剂床层和NOx还原催化剂床层的组合,该组合催化剂对柴油机尾气四种污染物的消除具有较高的催化活性。采用浸渍法制备了Al₂O₃负载不同量的La_0.8K_0.2MnO₃和相同负载量、不同K含量的La_1-xK_xMnO₃/Al₂O₃催化剂作为氧化催化剂处理碳烟、CO和HC;采用等体积浸渍法制备Cr/HZSM-5、Mo/HZSM-5、W/HZSM-5三系列催化剂作为还原催化剂处理NOx,并将其进行组合,得到优良的氧化还原组合催化剂,同时处理柴油车尾气中的四种污染物。在模拟柴油车尾气组成条件下,用乙炔代表烃类物质并采用固定床微型反应装置,考察了所制备的双层四效组合催化剂净化柴油车尾气的催化性能。研究发现,负载质量分数为50%的La_0.5K_0.5MnO₃/Al₂O₃和负载量为1.42×10^-4mol·g^-1的W/HZSM-5组合催化剂对于同时消除柴油车尾气NO、碳颗粒、CO和HC有较好的效果。NO还原为N₂的转化率在反应温度范围最高可达79%,同时碳颗粒的燃烧峰值温度为448 ℃,碳颗粒燃烧生成CO₂ 的最大选择性可达98%,乙炔完全转化的温度为364 ℃,从而实现了四种有害物质的同时催化净化。     

Ni/ZrO_2-SiO_2催化剂催化乙酰丙酸加氢合成γ-戊内酯

分别以ZrO_2、SiO_2及ZrO_2-SiO_2复合氧化物为载体,采用等体积浸渍法制备了Ni含量为10%(质量分数)的催化剂,考察了其催化乙酰丙酸液相加氢性能。采用N2-物理吸附、NH3-TPD、H2-TPR、XRD、TEM等表征手段对催化剂进行了表征。研究结果表明,在所制备的催化剂上,乙酰丙酸先经C=O加氢生成4-羟基戊酸,后者快速脱水酯化为γ-戊内酯。Ni/ZrO_2-SiO_2催化剂较Ni/ZrO_2与Ni/SiO_2催化剂具有高的金属分散度和丰富的表面酸性中心,表现出高的C=O加氢活性以及优异的乙酰丙酸加氢合成γ-戊内酯性能。在反应温度为200℃,氢气压力4 MPa的反应条件下,乙酰丙酸的转化率达到100%,γ-戊内酯的选择性大于99.9%。     

CoMo/HZSM-5催化剂上的烯烃芳构化反应研究

采用0.2 mol/L Na OH溶液对硅铝摩尔比为50、80、150的HZSM-5分子筛进行碱处理,并采用XRD、BET、NH_3-TPD和SEM等方法对其进行表征,研究了硅铝摩尔比为50、80、150的HZSM-5分子筛经碱处理制备Co-Mo/HZSM-5催化剂的烯烃芳构化反应。结果表明:碱处理后,HZSM-5分子筛具有较大的比表面积、平均孔径和介孔体积。以FCC汽油为原料时,CoMo/HZSM-5(50-0.2)在烯烃芳构化反应中烯烃转化率最高,且芳烃收率较高。在实验室自制小型固定床反应器上探究不同工艺条件下Co Mo/HZSM-5(50-0.2)催化剂对烯烃芳构化反应的影响。结果表明:反应温度为410℃,反应压力为1.0 MPa,反应空速为1.0 h-1时,Co Mo/HZSM-5(50-0.2)催化剂烯烃转化率最高,为93.5%,芳烃收率最高,为31.5%。     

固体酸SO42-/ZrO2催化蔗糖制备乙酰丙酸乙酯

采用沉淀-浸渍法制备了一系列不同焙烧温度的SO42-/ZrO2固体酸催化剂,考察了其催化转化蔗糖制备乙酰丙酸乙酯的反应活性。反应过程条件如催化剂用量、反应温度、反应时间以及催化剂重复使用对产物得率的影响进行了研究。结果表明合适的工艺条件为:催化剂焙烧温度600℃、催化剂添加的质量分数为2.5%、反应温度200℃和反应时间2 h。该条件下蔗糖几乎完全转化,乙酰丙酸乙酯得率(摩尔分数)最高达36.6%。回收的SO42-/ZrO2催化剂焙烧后在多次重复使用过程中仍然表现出较好的催化活性。X射线衍射仪(XRD)和NH3-程序升温脱附法(NH3-TPD)分析表明,随着重复使用次数的增加,SO42-/ZrO2的晶形结构基本保持不变,酸强度和总酸量稍微有所下降,主要酸性仍保留。本研究为生物质基化学品乙酰丙酸乙酯的制备提供了一条有效的、环境友好的途径。     

硅烷化和有机弱碱改性Mo/HZSM-5对甲烷无氧芳构化催化性能的影响

催化剂的形态及晶粒的组装对其催化性能有重要影响,采用硅烷化处理对Mo基催化剂表面酸性进行毒化制备了核壳型（Mo基催化剂@Silicalite-1）复合材料;采用四丙基氢氧化铵或正丁胺有机弱碱对Mo/HZSM-5进行刻蚀,然后经过脱硅再结晶分别制备了表面富硅型中空结构Mo/HZSM-5微球和表面富硅、核内含有多级孔道的Mo/HZSM-5微球。采用XRD、TEM、N₂等温吸脱附和NH₃-TPD对催化剂结构进行表征,并考察了三种不同后处理方法对Mo基催化剂在甲烷无氧芳构化反应中催化性能的影响。硅烷化和有机碱处理均能够调变Mo/HZSM-5催化剂的表面酸性,而经有机碱处理以后,催化剂结晶度、介孔比表面积和孔容均具有不同程度的增加,三种不同后处理方法均能改善Mo/HZSM-5催化剂的反应稳定性,对产物的分布也产生了显著影响。     

Synergisms between matrices and ZSM-5 in FCC gasoline non-hydrogenating upgrading catalysts

This article describes a novel non-hydrogenating FCC gasoline upgrading catalyst system consisting of a kaolin/γ-Al₂O₃ binary-matrix and an active component zeolite HZSM-5. Different catalysts made from the different combinations of HZSM-5 with the three matrices (two kaolins and γ-Al₂O₃) or their binary mixtures were prepared and their catalytic performances were assessed in a continuously flowing fixed-bed reactor using FCC gasoline as feedstock. The results showed that compared with the single-matrix based HZSM-5 catalysts, the binary-matrix based HZSM-5 catalysts had much better catalytic performance. The characterization results of the acidity, specific area and pore structure properties of the catalysts revealed that the synergisms between the matrices and HZSM-5 in the acidity and pore distribution of the binary-matrix based catalysts accounted for their improved catalytic performance. Our results demonstrated that the non-hydrogenating catalyst system developed in the present investigation can convert olefins in FCC gasoline into aromatics that have higher research octane number (RON) and thus has potential application for FCC gasoline upgrading because of its excellent olefin reduction ability and RON preservability.     

Effect of addition of Zn on the catalytic activity of a Co/HZSM-5 catalyst for the SCR of NOx with CH4

The selective catalytic reduction (SCR) of NO_x by methane in the presence of excess oxygen was studied on a Zn-Co/HZSM-5 catalyst. It was found that the addition of Zn could improve effectively the selectivity of methane towards NO_x reduction. When prepared by a coimpregnation method, the Zn-Co/HZSM-5 catalyst showed much higher catalytic activity than the two catalysts of a Zn/Co/HZSM-5 and Co/Zn/HZSM-5 prepared by the successive impregnation method. It is considered that there exists a cooperative effect among the Zn, Co and zeolite, which enhances the reduction of NO to NO₂ reaction and the activation of methane.     

丙烯醇催化氨化合成3-甲基吡啶催化剂的制备及性能

采用浸渍法制备了一系列H-ZSM-5分子筛负载过渡金属锌催化剂,在固定床反应器上考察了这些催化剂对丙烯醇催化氨化合成3-甲基吡啶的催化性能。通过对H-ZSM-5的硅铝比、锌负载量对催化剂催化性能影响的考察,发现硅铝比为80、锌负载量为12%时得到的催化剂Zn₁₂/H-ZSM-5（80）的催化性能最佳。在常压、反应温度420℃、氨醇摩尔比3：1、空速300 h^-1条件下,丙烯醇在该催化剂上的转化率和3-甲基吡啶的选择性分别达到97.8%和37.9%。利用X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）以及吡啶吸附红外对催化剂进行了表征,结果表明,Zn₁₂/H-ZSM-5（80）上负载的Zn²⁺为L酸;在丙烯醇生成3-甲基吡啶的反应过程中催化剂的脱氢活性物种为氧化锌,而加成和环合反应则主要是由催化剂中的L酸催化实现的。     

Mg/HZSM-5分子筛催化甲醇与1-丁烯偶合制丙烯

采用水热法合成纳米和微米尺寸的HZSM-5分子筛,并用浸渍法负载Mg对纳米HZSM-5分子筛进行改性,通过XRD、SEM、N_2等温吸附-脱附、NH_3-TPD和TGA对分子筛进行表征,并将其用于甲醇与1-丁烯偶合制丙烯反应,考察分子筛晶粒尺寸、Mg负载量、反应温度、空时和甲醇与1-丁烯物质的量比对催化剂反应性能的影响。结果表明,纳米HZSM-5分子筛具有比表面积大、孔道短和孔口多等特点,表现出较好的活性和稳定性及较强的容碳能力。利用Mg对纳米HZSM-5进行改性,提高了HZSM-5分子筛上原料的转化率和丙烯收率,在反应温度550℃、反应压力0.1 MPa、空时1.6 gcat·(h·mol_(CH_2))~(-1)和甲醇与1-丁烯物质的量比为3的条件下,1%Mg/HZSM-5分子筛催化剂上的丙烯收率最高,达41.8%,比未改性的纳米HZSM-5分子筛催化剂提高9.7个百分点。     

焙烧温度对HZSM-5分子筛催化1-丁烯齐聚性能的影响

考察焙烧温度对HZSM-5分子筛催化剂结构及1-丁烯齐聚性能的影响,采用XRD、SEM和NH3-TPD对催化剂进行表征。结果表明,升高焙烧温度,对HZSM-5分子筛催化剂的晶相和晶粒尺寸没有影响,催化剂中弱酸与强酸的酸强度和酸量均随焙烧温度的升高逐渐减弱。在催化剂晶粒尺寸一定条件下,催化剂酸性对催化剂的齐聚性能有较大影响,焙烧温度500℃时,C5+收率和C10+选择性最佳。     

固体酸表面B酸和L酸与果糖转化制乳酸甲酯产物分布

制备了γ-Al₂O₃、HZSM-5、SnOPO₄、SnZrOPO₄(1:1)、SO₄^2-/ZrO₂5种不同的固体酸催化剂,采用NH₃程序升温脱附、吡啶原位吸附红外对催化剂进行了表征。考察了固体酸催化果糖在甲醇中转化的催化性能,结果表明,果糖的转化率均高于98%,产物分布与固体酸表面L酸、B酸酸量具有显著的相关性,乳酸甲酯的收率随着L酸量的减少而降低,L酸催化剂γ-Al₂O₃催化,主产物只有乳酸甲酯,收率为24.4%。而L酸位和B酸位共存的固体酸,产物中有乳酸甲酯、乙酰丙酸甲酯,并且乙酰丙酸甲酯的收率随着B酸量的增多而升高。最后考察了典型L酸γ-Al₂O₃及B酸L酸共存的固体酸HZSM-5不同反应时间的产物分布,结合气相-质谱联用对产物定性分析,得出了果糖转化过程L酸位催化和B酸位催化的反应路径。     

Dealumination and desilication for Al-rich HZSM-5 zeolite via steam-alkaline treatment and its application in methanol aromatization

The hierarchical HZSM-5 was prepared via dealumination and desilication of commercial Al-rich HZSM-5, and characterized by X-ray diffraction, 27Al magic-angle spinning nuclear magnetic resonance, inductively coupled plasma mass spectrometry, scanning electron microscope, transmission electron microscope, N2 adsorption-desorption, NH3 temperature-programmed desorption, performed thermogravimetric and Raman spectrum. The results showed that partial framework of HZSM-5 was removed after steam treatment at 0.15 MPa, 500℃ for 3 h. HZSM-5 with high specific surface area and much mesoporosity was obtained by the subsequent alkaline treatment. The regulation of acid quantity was achieved by altering the concentration of alkaline. Dealumination and desilication of Al-rich HZSM-5 zeolites became more effective using a combination of steam and alkaline treatments than using alkaline treatment alone. Methanol aromatization reaction was employed to evaluate the catalytic performance of treated HZSM-5 at 0.15 MPa, 450℃ and MHSV of 1.5 h^-1. The results indicated that after steam treatment, HZSM-5 further treated with 0.2 mol/L NaOH exhibits the best catalytic performance: the selectivity of aromatics reached 42.1% and the lifetime of catalyst attained 212 h, which are much better than untreated HZSM-5.     

A novel method for enhancing on-stream stability of fluid catalytic cracking (FCC) gasoline hydro-upgrading catalyst: Post-treatment of HZSM-5 zeolite by combined steaming and citric acid leaching

This article describes a novel modification method consisting of steaming and subsequent citric acid leaching to finely tune acidity and pore structure of HZSM-5 zeolite and thereby to enhance the on-stream stability of the zeolite derived fluid catalytic cracking (FCC) gasoline hydro-upgrading catalyst. A series of dealuminated HZSM-5 zeolites and their derived catalysts were prepared and characterized by X-ray diffraction (XRD), X-ray fluorescence spectroscopy (XRF), ²⁷Al MAS NMR, nitrogen adsorption, temperature programmed desorption of ammonium (NH₃-TPD) and infrared (IR) spectroscopy of chemisorbed pyridine. The results showed that the citric acid leaching could preferentially remove the extra-framework Al (EFAl) species formed by steaming treatment and thus reopen the EFAl-blocked pore channels of the steamed zeolite. The steaming treatment at a suitable temperature and subsequent citric acid leaching not only decreased the strength of acid sites to a desirable degree but also increased the ratio of medium and strong Lewis acidity to medium and strong Brönsted acidity, both of which conferred the resulting catalyst with superior selectivity to aromatics, good hydroisomerization activity and gasoline research octane number (RON) preservability, as well as enhanced on-stream stability. The results fully demonstrated that the treatments by steaming and followed citric acid leaching can serve as an important method for adjusting the physicochemical properties of HZSM-5 zeolite.