三甲基膦和金属氧化物复合改性ZSM-5分子筛及其裂解性能研究

以三甲基膦（TMP）为前体对ZSM-5分子筛进行磷改性,以提升其水热稳定性,然后再分别通过等体积浸渍法引入Ga₂O₃或ZnO,制备得到磷和金属氧化物复合改性的ZSM-5分子筛。利用X射线衍射（XRD）、固体核磁（MAS NMR）、氨程序升温脱附（NH₃-TPD）以及吡啶吸附傅里叶变换红外光谱（Py-FTIR）等表征手段系统地研究了磷和金属氧化物复合改性对ZSM-5分子筛的物化性质、P和Al相互作用以及酸性的影响。并以正十四烷裂解为探针反应,研究磷和金属氧化物复合改性对ZSM-5分子筛催化裂解性能的影响。研究结果表明以三甲基膦为前体对ZSM-5分子筛改性,再引入金属氧化物的复合改性方式制备的催化裂解催化剂不仅具有较高的酸性保留度,具有较高的催化裂解活性,也同时保留了金属氧化物中心的脱氢作用,从而提升了C₂⁼~C₄⁼收率及选择性,同时降低了积炭的生成。     

磷改性分子筛的研究进展

综述了国内外采用磷化合物改性沸石分子筛（ZSM-5、Y、β和MCM-41等）的研究进展,重点介绍了改性后沸石分子筛的结构、催化活性,水热稳定性和表面酸性以及其催化反应等方面的变化,同时对磷改性沸石分子筛的应用前景进行了展望。     

C4裂解制丙烯ZSM-5分子筛改性技术研究进展

综述了国内、外对ZSM-5分子筛改性的主要方法。指出ZSM-5分子筛由于其特殊的三维孔道结构和孔径尺寸、稳定的骨架结构和大范围可调的硅铝比,具有优异的催化性能,可满足多种反应过程。镧改性可使反应体系以生成丙烯的反应为主,显著提高丙烯收率。磷改性ZSM-5能改善催化裂化催化剂的水热稳定性和活性。SiO₂的修饰抑制了氢转移反应及液体产物中芳烃的生成。氟硅酸铵改性是一种疏通 HZSM-5催化剂孔道和调节其酸性的有效方法。     

控ZSM-5分子筛酸性的方法研究进展(Ⅱ)非金属及金属改性

调控ZSM-5酸性一直是ZSM-5分子筛改性研究的重点。采用非金属、碱土金属及过渡金属等对ZSM-5分子筛进行元素掺杂改性是调控其酸性能的主要手段。可通过筛选改性元素种类、控制改性元素用量、对内外表面酸中心同时或分别改性等方法调控ZSM-5分子筛的酸性能。通常在一定范围内,磷、镁、钙元素掺杂改性后的ZSM-5分子筛强酸位点减少,而弱酸位点增加;硼元素掺杂改性后的ZSM-5分子筛只对弱酸位点发生作用;锌、镓元素掺杂改性后的ZSM-5分子筛会导致其B酸量减少,L酸量增加;铜、银元素掺杂改性后的ZSM-5分子筛由于发生氧化还原作用,其还原态Cu-ZSM-5和Ag-ZSM-5的B酸量较高,蒸汽稳定性较好,且裂解性能较高;钨元素掺杂改性后的ZSM-5分子筛也会使其酸量及酸强度降低。同时探讨了不同反应体系中分子筛酸性能与催化性能间的关系,为提高ZSM-5分子筛在各反应的催化性能提供依据。     

调控ZSM-5分子筛酸性的方法研究进展(Ⅱ)非金属及金属改性

调控ZSM-5酸性一直是ZSM-5分子筛改性研究的重点。采用非金属、碱土金属及过渡金属等对ZSM-5分子筛进行元素掺杂改性是调控其酸性能的主要手段。可通过筛选改性元素种类、控制改性元素用量、对内外表面酸中心同时或分别改性等方法调控ZSM-5分子筛的酸性能。通常在一定范围内,磷、镁、钙元素掺杂改性后的ZSM-5分子筛强酸位点减少,而弱酸位点增加;硼元素掺杂改性后的ZSM-5分子筛只对弱酸位点发生作用;锌、镓元素掺杂改性后的ZSM-5分子筛会导致其B酸量减少,L酸量增加;铜、银元素掺杂改性后的ZSM-5分子筛由于发生氧化还原作用,其还原态Cu-ZSM-5和Ag-ZSM-5的B酸量较高,蒸汽稳定性较好,且裂解性能较高;钨元素掺杂改性后的ZSM-5分子筛也会使其酸量及酸强度降低。同时探讨了不同反应体系中分子筛酸性能与催化性能间的关系,为提高ZSM-5分子筛在各反应的催化性能提供依据。     

PZSM-5分子筛催化剂用于烯烃催化裂解的研究

以固定流化床研究了不同磷含量改性的ZSM-5分子筛对混合₄烯烃催化裂解性能的影响,并以适当磷含量的催化剂进行了工艺条件试验。试验表明,磷与ZSM-5分子筛骨架中的羟基发生了化学作用,改善了催化剂的催化性能及水热稳定性;高负荷、高水比及适当增加磷的负载量,可以抑制烯烃裂解的氢转移反应,有利于提高丙烯选择性。     

磷铝复合改性ZSM-5分子筛及其催化性能

ZSM-5分子筛是一种重要的高硅铝比择形催化剂,具有较强的酸性和较好的热、水热稳定性,通过对该分子筛进行磷与铝的复合改性,对其酸性质和孔结构进行了调变。研究结果表明,当磷铝负载量（质量分数）大于10%时,磷铝物种以片状形式沉积在ZSM-5分子筛表面,不仅提高了分子筛的酸量,还形成了孔径在10 nm左右的介孔。这种高酸性的多级孔结构使其正辛烷裂化转化率明显提高,丙烯收率增加20%以上;在重油催化裂化评价反应中降低了渣油和焦炭收率,丙烯的收率提高了1%。     

甲醇制烯烃用ZSM-5分子筛的研究进展

综述了甲醇制烯烃用ZSM-5分子筛催化剂的研究进展,包括甲醇制低碳烯烃的合成机理、ZSM-5分子筛的结构与酸性对合成低碳烯烃性能的影响以及分子筛的改性。重点探讨了ZSM-5分子筛的改性（如水热处理改性、磷改性、氟改性、硼改性、金属离子改性及其他化学改性）对催化剂表面酸性和孔径、低碳烯烃选择性和催化剂稳定性的影响,指出分子筛孔径/表面酸性的调控和MTO/MTP反应机理的研究是甲醇制低碳烯烃催化剂研究的发展方向。     

磷铝复合改性ZSM-5分子筛及其催化性能

ZSM-5分子筛是一种重要的高硅铝比择形催化剂,具有较强的酸性和较好的热、水热稳定性,通过对该分子筛进行磷与铝的复合改性,对其酸性质和孔结构进行了调变。研究结果表明,当磷铝负载量(质量分数)大于10%时,磷铝物种以片状形式沉积在ZSM-5分子筛表面,不仅提高了分子筛的酸量,还形成了孔径在10 nm左右的介孔。这种高酸性的多级孔结构使其正辛烷裂化转化率明显提高,丙烯收率增加20%以上;在重油催化裂化评价反应中降低了渣油和焦炭收率,丙烯的收率提高了1%。     

磷的引入对Zn-ZSM-5催化剂甲醇芳构化性能的影响

在锌改性ZSM-5分子筛的基础上引入第二组分磷,以调变分子筛的酸性和择形性能,并对催化剂的甲醇芳构化性能进行评价。采用氨程序升温脱附、N2低温吸附-脱附、X射线衍射等对催化剂进行表征。结果表明,添加磷物种后催化剂的水热稳定性明显提升,磷改善分子筛表面酸中心强度和分布,提高了催化剂的轻质芳烃选择性。P/Zn-ZSM-5分子筛催化剂在压力0. 1 MPa、反应时间240 min、空速0. 8 h-1和反应温度437℃的条件下,BTX收率为40. 29%,具有较高的芳烃收率和反应稳定性。     

用于MTP反应ZSM-5分子筛的磷改性研究

将P改性用于甲醇制丙烯(MTP)反应ZSM-5分子筛的改性研究,以提高丙烯选择性和分子筛活性稳定性。采用XRD、SEM和NH_3-TPD表征催化剂物化性能。对不同硅铝比ZSM-5分子筛P改性研究发现,3种不同硅铝物质的量比(50、150和300)ZSM-5分子筛进行P改性时,在n(P)∶n(Al)=0.5~0.7时,ZSM-5分子筛改性后丙烯选择性和寿命得到提升。研究分子筛晶粒尺寸与P负载量关系时发现,随着分子筛晶粒尺寸的增大,位于分子筛表面的P含量逐渐增加,并且分子筛晶粒越小,最佳的P负载量越小。     

磷改性ZSM-5沸石的催化裂化性能

用磷改性ZSM-5沸石,并将其制备成催化剂。初步考察了其物化性能的变化,并在固定床重油微反装置上考察了其催化裂化反应特性。研究发现,磷能显著改善ZSM-5沸石的活性、稳定性和选择性。ZSM-5沸石上不同的磷含量和其与不同的Y型分子筛配伍对催化裂化反应有着显著的影响。合理调配催化裂化催化剂的活性组分,适当控制其氢转移能力和烷基化能力,对增产丙烯有着积极的意义。     

磷改性ZSM-5分子筛物化性质和裂解制乙烯性能的研究

The physicochemical features of phosphorus-modified ZSM-5 zeolites (SiO2/Al2O3 molar ratio is 25) were characterized by XRD(X-ray diffraction), BET(Brunauer, Emmett and Teller spcific surface area measurement), NH3-TPD(ammonia temperature-programmed desorption) and MASNMR(magic angle spinning nuclear magnetic resonance), and the performance on catalytic pyrolysis to produce ethylene was investigated with a light hydrocarbon fixed bed micro-reactor with n-octane as feed. The results show that the acid site density, acid intensity and hydrothermal stability of ZSM-5 zeolite were improved by phosphorus modification. When P205 content in ZSM-5 zeolite is higher than 2.5%, phosphorus modification can prevent ZSM-5 zeolite crystal structure transformation from orthorhombic to monoclinic. In addition, the dealumination of ZSM-5 zeolite framework was moderated by phosphorus modification under high temperature hydrothermal treatment. The results of n-octane pyrolysis on phosphorus-modified ZSM-5 zeolites show that ethylene yields of zeolites with different phosphorus content are almost the same under the same n-octane conversion. However, the modified zeolites with higher pyrolysis activity give lower yield of propene, butene and total olefin than lower pyrolysis activity under the same n-octane conversion.     

后处理改性对HZSM-5沸石丁烯裂解性能的影响

采用不同后处理手段(碱处理、水汽处理以及碱处理-水汽处理)对HZSM-5沸石的孔结构和酸性质进行了调变,并对其丁烯裂解性能进行了研究。运用N₂吸脱附、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)以及吡啶吸附红外(Py-IR)对后处理改性前后的沸石样品的物理化学性质进行了表征。碱处理后HZSM-5的质子酸量增加,在5～20 nm处具有分布较宽的介孔,其反应活性升高,丙烯选择性下降,但失活速率没有加快。单独水汽处理在2～4 nm处产生介孔,但介孔体积较小。碱处理-水汽处理在2～4和5～20 nm处具有双分布介孔,前者分布较集中,后者分布较宽。单独水汽处理和碱处理-水汽处理的样品可以提高HZSM-5的丙烯选择性,主要归功于酸量的降低;反应2.5 h后具有较稳定的丙烯收率(高碱浓度处理-水汽处理的样品除外)。     

以纯天然矿物为硅铝原料水热合成ZSM-5分子筛

以纯化硅藻土和热活化高岭土为硅铝原料,在水热条件下一步合成纯相ZSM-5分子筛。考察分子筛合成参数对产物的影响,得到合成ZSM-5分子筛的适宜条件:硅藻土与高岭土质量比32∶1,晶化温度170℃,晶化时间48 h,合成体系pH=13. 0。采用XRD、SEM及N2吸附-脱附等对样品进行表征。结果表明,最适宜条件下合成的ZSM-5分子筛晶型完整,具有与工业ZSM-5分子筛相似的六棱柱形貌以及相近的总比表面积和总孔容。     

超重力预混+动态水热法制备ZSM-5分子筛——水热过程影响机制

ZSM-5分子筛作为一种重要的催化剂,被广泛应用于石油化工行业,其制备工艺一直是分子筛研究的热点。传统静态水热法制备ZSM-5分子筛存在产物粒度分布不均、晶化时间长等问题,本文提出开展超重力预混+动态水热法制备ZSM-5分子筛,考察了晶化过程中晶化方式、搅拌釜转速、晶化时间和晶化凝胶体积对ZSM-5分子筛粒径的影响规律,获得了较优的操作条件;并针对较优条件下制备的产品进行了系统表征。结果表明,相比于超重力预混+静态水热,动态水热更有利于合成粒径小且分布均匀、酸量大、比表面积大的多级孔ZSM-5分子筛,搅拌釜转速越大、晶化凝胶体积越小所制备的产品平均粒径越小,粒径分布越均匀。本文研究结果表明,水热过程参数对分子筛的粒径、结构和酸性具有重要影响。     

Properties of Desilicated ZSM-5, ZSM-12, MCM-22 and ZSM-12/MCM-41 Derivatives in Isomerization of α-Pinene

Limited information is available on the isomerization of α-pinene proceeding on zeolites and related desilicated materials. We wish therefore to report on the title reaction proceeding over ZSM-5, ZSM-12 and MCM-22 type zeolites, parent and modified by the sodium hydroxide treatment. The NaOH solutions of various concentrations (0.05–1 M) were used as a desilicating agent. Such treatments with basic solutions were applied: (i) under atmospheric pressure, and (ii) under hydrothermal conditions. It was shown that ZSM-12 was more resistant towards the basic solutions treatment, and its structure was retained over a whole range of NaOH concentrations studied. Nitrogen sorption revealed strong influence of the desilication process on the pore structure of modified materials—the mesopores system was formed in the zeolite crystals. Finally, catalytic studies were carried out using ZSM-5, ZSM-12, MCM-22, their desilicated derivatives and a ZSM-12/MCM-41 composite material. Catalytic properties of the samples studied were affected to a large extent by the NaOH treatment.     

低模数水玻璃合成ZSM-5分子筛及工艺条件优化

以低模数（n=1.03）水玻璃为硅源,通过改良水热合成途径,成功制备出无模板剂ZSM-5分子筛。借助X射线衍射仪（XRD）和扫描电镜（SEM）对ZSM-5分子筛结晶度及晶貌进行表征。在n(硅)/n(铝)为50 的情况下,通过考察晶化温度、时间、pH值、水含量、有无搅拌或晶种对ZSM-5分子筛物性的影响,优化合成工艺。结果表明,静置或晶种法得到的ZSM-5分子筛,晶体粒径大且晶貌不规整,不适合用于低模数水玻璃合成ZSM-5体系。ZSM-5沸石最适宜制备工艺为：n(H₂O)/n(SiO₂)=40,pH=10的合成混合物经室温老化24 h,搅拌状态下,170 ℃下水热晶化24 h。与商业级ZSM-5相比,低模数水玻璃合成的ZSM-5分子筛在环己烯水合反应中表现出更高的催化活性和选择性。     

硅源对ZSM-5分子筛合成和催化性能的影响

为了考察硅源对ZSM-5分子筛合成和催化性能的影响,分别采用白炭黑、硅胶、硅溶胶和单分散SiO₂为硅源合成ZSM-5分子筛,对合成的ZSM-5分子筛进行XRD、SEM、BET和NH₃-TPD表征,并以C₄烯烃为原料评价合成的ZSM-5分子筛的催化裂解性能。结果表明,以硅溶胶为硅源合成的ZSM-5分子筛具有较好的结晶度和催化活性。水热处理使分子筛酸量减少,孔容缩小,改善了分子筛的乙烯丙烯选择性。经600 ℃水热处理4 h的ZSM-5分子筛在常压、580 ℃和空速9 h^-1反应条件下,丁烯催化裂解为乙烯和丙烯平均转化率为90.2%,乙烯和丙烯总收率达61.1%。