碱处理HZSM-5催化纤维素热裂解制备芳烃

使用不同浓度的NaOH溶液(0.2~1.0mol/L)对不同硅铝比的HZSM-5沸石进行碱处理制备多级孔HZSM-5,研究了NaOH浓度对碱处理制备多级孔HZSM-5的影响规律以及多级孔HZSM-5在纤维素催化热裂解中的催化性能。采用N2吸附-脱附、XRD、TEM和NH_3-TPD对催化剂进行表征:XRD结果显示HZSM-5碱处理后,多级孔HZSM-5依然有MFI结构特征峰;N_2吸附-脱附和TEM表征结果表明碱处理后的ZSM-5晶体内有明显的介孔孔道,形成多级孔结构;NH3-TPD结果表明随着NaOH浓度的增加,多级孔HZSM-5的强酸量呈现先增加后减少的趋势,在0.4mol/L处达到最高值。在微型裂解仪与气相色谱-质谱联用装置中研究多级孔HZSM-5对纤维素催化热裂解制备芳烃的催化性能,结果显示硅铝比为25、38、50的HZSM-5芳烃产率分别从碱处理前的33.5%、35.6%和32.2%,最高增加至37.1%、38.5%和34.0%(0.4mol/L NaOH碱处理);焦炭产率分别由碱处理前的33.1%、31.5%和33.8%降低至29.1%、25.8%和29.8%。结果表明,通过有效调控碱处理条件能够提高纤维素催化热裂解过程中的芳烃产率,同时降低焦炭产率。     

碱处理改性对Zn/HZSM-5分子筛催化剂性能的影响

以不同浓度的NaOH溶液对HZSM-5分子筛进行碱处理改性后所得多级孔ZSM-5分子筛作为活性组分制备甲醇制芳烃催化剂,采用XRD、SEM、NH3-TPD和N2吸-脱附等手段对催化剂进行了表征,分别考察了碱处理改性对分子筛催化剂骨架结构、酸性质、孔结构以及催化性能的影响.结果表明,通过合适浓度的NaOH碱溶液处理后,HZSM-5分子筛在保持微孔骨架结构的同时,可以调变其晶内介孔孔道结构分布以及酸性质.随着NaOH碱溶液浓度升高,HZSM-5分子筛的酸量、介孔孔容、介孔表面积都增加、孔容分布变宽,催化剂的活性和稳定性等催化性能得以改善.HZSM-5分子筛碱处理改性适宜的NaOH溶液浓度为0.4 mol/L,改性后的催化剂芳烃收率由25.07％增加到32.22％,使用寿命由8d增加到16d,但NaOH溶液浓度超过0.6 mol/L后会严重破坏HZSM-5分子筛骨架结构,催化活性下降较快.     

La改性多级孔HZSM-5在线催化提质生物油

采用Na₂CO₃溶液对HZSM-5分子筛进行预处理，然后采用浸渍法对预处理后的HZSM-5进行不同负载量的La改性，通过XRD、BET、SEM-EDS和Py-IR等方法对改性前后的HZSM-5进行表征。利用改性前后的HZSM-5在两段式固定床反应器上进行生物质热解产物在线催化实验，对得到的生物油有机相进行理化特性和组成成分分析。结果表明，经过Na₂CO₃溶液处理后，使HZSM-5分子筛形成了含有微-介孔的多级孔孔道结构，La的改性未改变HZSM-5的MFI结构，但改变了分子筛的酸分布。随着La负载量的增加，生物油有机相产率、密度、运动黏度及氧含量先减小后增加，含氧化合物和羰基类化合物含量同样呈现先减小后增加的变化趋势。经过最佳质量分数为5%的La负载后的多级孔HZSM-5分子筛制得的生物油中，有机相高位热值高达37.7 MJ/kg，烃类物质含量达到了49.86%，含氧化合物和羰基类化合物含量分别减少了32.43%和57.03%。     

ZSM-5分子筛酸性能和孔结构的协同作用对C5烯烃催化裂解性能的影响

采用不同浓度碱液处理制备了具有不同酸性质的多级孔HZSM-5分子筛，并考察其酸性能与孔结构变化对催化裂化(FCC)汽油中C₅烯烃催化裂解性能的影响。利用X射线衍射(XRD)、N₂吸附脱附、氨气程序升温脱附技术(NH₃-TPD)、吡啶红外(Py-IR)和扫描电镜(SEM)等表征手段研究了HZSM-5分子筛的结构、形貌、酸性质和孔道性能。研究结果表明，适宜浓度的碱液处理可以提高HZSM-5分子筛的强Br?nsted (B酸)酸量和介孔体积，显著提高C₅烯烃转化率和乙烯、丙烯的收率。当碱液浓度为0.2 mol·L^-1,HZSM-5分子筛强B酸中心和介孔体积之间的协同作用促进了C₅烯烃的高效转化，转化率为84.8%(质量分数)，乙丙烯总收率为86.0%(质量分数)，分别比未处理的HZSM-5分子筛增加4.4%和15.5%。     

Zn/HZSM-5分子筛催化棕榈油多产芳烃的研究

HZSM-5分子筛可用于脂肪酸酯催化转化生产芳烃、低碳烯烃等过程。未经过处理的HZSM-5分子筛芳烃产率较低,使用过渡金属改性后的HZSM-5分子筛酸性质发生了改变,能够提高芳烃的收率。以等体积浸渍法对HZSM-5分子筛进行改性,制备了不同锌含量的 Zn/HZSM-5分子筛,并进行了 XRD、XRF、XPS、NH₃-TPD、SEM、TEM、Py-IR、N₂物理吸附-脱附等多种表征,结果表明锌的引入没有改变 HZSM-5的晶体结构,锌物种能均匀分布在 HZSM-5分子筛表面及孔道。棕榈油催化转化实验结果显示Zn含量（质量分数）为3% 的 Zn/HZSM-5有最好的催化效果,芳烃在液相烃类所占比例（质量分数）为87.92%,芳烃收率（质量分数）为59.44%。     

多级孔ZSM-5分子筛的制备及其丙烷脱氢制丙烯的催化性能

采用不同浓度的四乙基氢氧化铵(TEAOH)溶液处理HZSM-5分子筛,并通过XRD、XRF、H2化学吸附、吡啶红外吸附(FT-IR)和N2低温物理吸附对样品进行表征分析,考察有机碱溶液对载体和催化剂物化性能的影响。表征结果显示,低浓度的TEAOH溶液处理HZSM-5后形成介孔-微孔多级孔道结构,介孔容积和外比表面积明显增加,进而提高催化剂表面Pt金属裸露度;高浓度有机碱处理则能够明显增加分子筛表面酸性,同时引起催化剂表面Pt分散度下降。采用有机碱处理后的载体上制备了Pt-Sn-Na/HZSM-5催化剂,并在固定床反应器上考察了丙烷脱氢制丙烯的催化活性。结果表明,随着有机碱溶液的增加,丙烷初始转化率逐渐增加,丙烯选择性则逐渐下降,稳定性呈现出先增加后减少的趋势。以20 mol·L-1有机碱溶液处理HZSM-5分子筛为载体制备的催化剂用于丙烷脱氢活性评价显示,反应120 h后丙烷化率为34.93%,丙烯选择为98.67%,该催化剂脱氢活性和稳定性较佳。     

Na2CO3处理制备复合孔ZSM-5分子筛及其丙烷脱氢制丙烯的催化性能

通过不同浓度的Na₂CO₃溶液处理合成的HZSM-5分子筛,并采用X射线衍射、N₂低温物理吸附和X射线荧光光谱分析仪对溶液处理前后的样品进行了表征。表征结果显示,适量浓度的Na₂CO₃溶液处理HZSM-5,能够形成介孔-微孔复合孔道,增加了分子筛介孔容积和外比表面积;同时不会明显破坏HZSM-5的MFI结构,从而保持较好的高温热稳定性。在上述碱处理后的载体上制备了Pt-Sn-K/HZSM-5分子筛催化剂,并在固定床反应器上考察了丙烷脱氢制丙烯的催化活性。结果表明,随着Na₂CO₃溶液浓度的增加,催化剂的初始活性增加,而稳定性先增加后减少。当采用Pt-Sn-K/HZSM-5（1.8）分子筛催化剂用于丙烷脱氢反应,其呈现了良好的脱氢活性和稳定性：反应100h后,其丙烷化率为35.53%,相比初始活性仅下降了2.8个百分点,丙烯选择为98.4%,基本保持不变。     

微孔-双介孔核壳型HZSM-5@BMMs催化甲醇芳构化

采用外延法,以HZSM-5为核,双介孔分子筛BMMs为壳制备了多级孔核壳型HZSM-5@BMMs甲醇芳构化(MTA)催化剂。采用XRD、BET、NH3-TPD、SEM和TEM对催化剂进行了表征。结果表明:HZSM-5@BMMs具有明显的核壳结构和微孔-双介孔多级孔孔道,孔径集中分布于0.9、2.2和5.3 nm,其比表面积(510.8 m2/g)和孔容(0.399 cm3/g)均高于HZSM-5的比表面积(408.4 m2/g)和孔容(0.190 cm3/g),而酸量(0.573 mmol/g)和酸强度均低于HZSM-5的酸量(0.883 mmol/g)和酸强度。相同反应条件下HZSM-5@BMMs寿命比HZSM-5增加38 h,最高芳烃收率为25.7%,最高BTX(轻质芳烃:苯、甲苯、二甲苯)选择性为55.3%。     

ZSM-11分子筛的碱处理及其正十二烷催化裂解性能

研究了碱处理对ZSM-11分子筛的微观结构、酸性质和催化裂解性能的影响。采用不同浓度的氢氧化钠对ZSM-11分子筛进行碱处理,得到了级孔ZSM-11分子筛。用XRD,SEM,TEM, NH₃-TPD,N₂低温吸附-脱附等手段对碱处理后的分子筛进行了表征。以正十二烷为模型燃料,在550 ℃、4 MPa的条件下评价了分子筛的催化裂解性能。结果表明,碱处理导致HZSM-11分子筛晶粒内形成介孔、比表面积和酸量增加。碱处理的ZSM-11分子筛表现出较高的催化裂解活性。其中,用浓度为0.1 mol/L的氢氧化钠溶液处理的HZSM-11分子筛,催化活性最高。与未处理的HZSM-11分子筛相比,正十二烷的平均转化率提高了约58%。     

Zn/HZSM-5分子筛催化棕榈油多产芳烃的研究

HZSM-5分子筛可用于脂肪酸酯催化转化生产芳烃、低碳烯烃等过程。未经过处理的HZSM-5分子筛芳烃产率较低,使用过渡金属改性后的HZSM-5分子筛酸性质发生了改变,能够提高芳烃的收率。以等体积浸渍法对HZSM-5分子筛进行改性,制备了不同锌含量的Zn/HZSM-5分子筛,并进行了XRD、XRF、XPS、NH3-TPD、SEM、TEM、Py-IR、N2物理吸附-脱附等多种表征,结果表明锌的引入没有改变HZSM-5的晶体结构,锌物种能均匀分布在HZSM-5分子筛表面及孔道。棕榈油催化转化实验结果显示Zn含量(质量分数)为3%的Zn/HZSM-5有最好的催化效果,芳烃在液相烃类所占比例(质量分数)为87.92%,芳烃收率(质量分数)为59.44%。     

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。     

生物质/塑料共催化热解过程中HZSM-5失活分析

利用管式炉热解装置进行HZSM-5在线共催化热解玉米秸秆/高密度聚乙烯过程中的循环和再生利用实验,对玉米秸秆进行酸洗预处理,考察原料酸洗预处理对HZSM-5催化性能的影响。采用GC-MS（气相色谱-质谱联用仪）对生物油的化学组成进行分析,并对反应前、反应后以及再生催化剂进行TG（热重分析）、ICP-MS（电感耦合等离子体发射光谱仪）、SEM/EDS（场发射扫描电镜）、BET、NH₃-TPD（程序升温脱附技术）等表征分析。研究表明,HZSM-5催化玉米秸秆/高密度聚乙烯热解的主要产物为芳烃,随着催化剂重复利用次数的增加,芳烃含量逐渐降低,催化剂的比表面积、孔容、酸性等也随之降低,说明催化剂的活性逐渐降低;原料经酸洗预处理后有利于热解中间体的生成,加速了催化剂的结焦失活速率;催化热解酸洗玉米秸秆/高密度聚乙烯的催化剂经焙烧再生后其活性基本恢复至原有水平,而催化热解未处理玉米秸秆/高密度聚乙烯的催化剂再生后其活性有所降低,碱/碱土金属在HZSM-5催化剂上发生累积,从而引起酸性位点“中毒”失活,而原料经酸洗预处理后可有效降低催化剂上碱/碱土金属的累积量,有利于延长催化剂的使用寿命。     

Creating Mesopores in ZSM-5 Zeolite by Alkali Treatment: A New Way to Enhance the Catalytic Performance of Methane Dehydroaromatization on Mo/HZSM-5 Catalysts

Well-controlled treatment with alkali solution causes the etching of HZSM-5 framework, which results in the formation of the new porosity and channel structure with the coexistence of micropores and mesopores, as evidenced by nitrogen adsorption experiments. The dissolution of the zeolite framework, as revealed by the investigation of solid-state NMR, begins from the crystalline site with Si–O–Si linkages. The inertness of the alkali treatment toward Si–O–Al bond in the framework preserves the specific Brønsted acid site that is defined to be the bridging OH species over Si–O–Al units in zeolite. The Mo-modified catalysts derived from the alkali treatments showed a very high catalytic performance in the conversion of methane to aromatics (MDA) when compared with the conventional Mo/HZSM-5 catalyst. The unique selectivity to aromatics and stability of the catalysts derived from the alkali-treated ZSM-5 are attributed to the coexistence of mesopores and inherent micropores in the zeolites, which optimizes an environment for catalytic reaction and mass transfers. The channel with mainly 3–5?nm in diameters in the zeolites serves as the “aisle” to enhance the diffusion of molecules, especially the aromatics molecules, while the micropores have been identified to be the active cavities for the aromatics formation.     

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.     

介孔结构和助剂Zn对不同晶粒大小ZSM-5催化甲醇制芳烃 反应性能的影响

通过碱处理和添加助剂Zn对微米ZSM-5和纳米ZSM-5进行改性,获得具有不同孔结构和酸性质的催化剂。采用氮气吸附、X射线衍射、透射电镜、氨气程序升温脱附（NH₃-TPD）和热重（TG）技术对不同催化剂进行表征,结合催化性能评价,考察晶粒尺寸、介孔结构和Zn助剂对其催化甲醇制芳烃（MTA）反应性能的影响。结果表明,碱处理引入介孔后,孔体积均增大,总酸量都降低;微米催化剂外表面积显著增加,但纳米催化剂外表面积却有所下降;负载金属Zn后,比表面积、结晶度和总酸量都降低。在P=0.5MPa、T=430℃、WHSV=2h^-1的反应条件下,负载Zn的微米催化剂由于具有较高的酸量,其芳烃与苯、甲苯和二甲苯（BTX）选择性最高,分别为85.11%和66.85%,但是稳定性较差,催化寿命仅为12h。但相较于未改性的纳米ZSM-5原粉来说,碱处理后又负载Zn的催化剂,液烃中芳烃选择性从纳米原粉的65.20%增加到80.82%,BTX选择性从纳米原粉的42.30%提高到49.56%,而在甲醇进样量增加4倍,即WHSV=8h^-1时,催化剂仍显示出较好的稳定性,寿命可达84h。可见,在小晶粒ZSM-5上碱处理扩孔并引入Zn助剂可以有效提高甲醇制芳烃反应性能。     

生物质三组分与低密度聚乙烯共催化热解制取轻质芳烃的协同作用机理

生物质与废塑料共催化快速热解是制取轻质芳烃的重要途径。 采用不同种类的分子筛催化剂,首先研究了分子筛种类对杨木、生物质三组分和低密度聚乙烯（LDPE）单独催化快速热解轻质芳烃产率的影响,其次研究了生物质三组分与LDPE在共催化热解过程中的协同作用机理。结果表明：在杨木、生物质三组分和LDPE单独催化快速热解时,HZSM-5（25）催化剂体现出最高的轻质芳烃产率;在杨木和LDPE共催化快速热解时,随着LDPE质量的增加,轻质芳烃的产率呈先升高后降低趋势;在生物质三组分和LDPE共催化快速热解时,纤维素和半纤维素热解的呋喃类中间产物与LDPE热解的轻烯烃中间产物易发生“双烯合成”反应,表现出较强的协同催化作用,促进轻质芳烃的生成,而木质素则抑制轻质芳烃生成。     

多级孔ZSM-5分子筛的制备及其催化甲醇芳构化反应性能

采用晶种法,在合成体系中引入十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）制备了具有多级孔道的ZSM-5分子筛。采用XRD、SEM、NH₃-TPD、XRF和氮气吸附等多种技术对其进行了表征,并考察了不同CTAB添加量对该分子筛结构、酸性及其在甲醇芳构化反应中催化性能的影响。结果表明,CTAB的添加显著影响分子筛的形貌、孔结构及分子筛的酸性,进而决定其在甲醇制芳烃反应中的稳定性和芳构化选择性。分子筛增加的介孔性提高了大分子化合物的扩散,进而提高了催化剂寿命。CTAB的添加抑制了铝源进入骨架进行配位,增加CTAB的用量导致Si/Al比提高,进而导致分子筛酸性下降以及芳烃选择性下降。     

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.