B-ZSM-5酸调控及催化褐煤热解挥发分制轻质芳烃研究

在不同碱性条件下水热合成了B-HZSM-5 （B-H5）催化剂用于原位催化褐煤热解挥发分制备轻质芳烃。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、氨气程序升温脱附仪和N₂物理吸附脱附表征了合成条件对分子筛的形貌、酸性和质构特征的影响。在强碱性条件下合成的分子筛表面更光滑、结晶度更高,Na-xB-H5（合成过程加碱）弱酸明显增强。与母体H5相比,Na-xB-H5骨架硼形成的B—OH—Si提供更多的弱酸位点能够吸附乙烯丙烯等中间产物,增加甲基化和烷基化速率。在具有较高的结晶度、丰富的酸位点和微孔/介孔的Na-0.69B-H5（硼添加量为0.69 g）上得到了最高烷基苯产率11.4 mg/g。而过量引入硼则会使骨架Al流失,强弱酸比例减少,抑制芳构化反应,降低轻质芳烃产率。通过骨架硼的引入调控分子筛酸性为褐煤催化热解提高轻质芳烃产率提供了新思路。     

软模板法制备多级孔ZSM-5分子筛的研究进展

相比传统ZSM-5分子筛,多级孔ZSM-5分子筛具有空间位阻小、传质效率高、焦炭少等特点,近年来在分子筛领域应用广泛。多级孔分子筛通常可用后处理法和模板剂法制备,相比后处理法,模板剂法能更好地控制介孔的结构和孔道尺寸。概述了采用传统表面活性剂、两亲性的有机硅烷、双功能多季铵盐表面活性剂及高分子聚合物等软模板法合成多级孔ZSM-5分子筛的研究进展。分析不同软模板剂的特点和作用机理,阐述了合成后分子筛的结构特点及催化性能等。指出在今后的研究中,可以设计价格较低的新型功能化模板剂,优化合成过程,致力于在理解合成机理的前提下,寻找操作简单、绿色环保的合成路线,并将其推行到实际工业生产中。     

晶种法制备多级孔ZSM-5分子筛的研究

以铝酸钠为铝源、硅溶胶为硅源、Silicalite-1(S-1)为晶种,引入碳酸铵作为助剂,采用晶种法制备多级孔纳米ZSM-5团簇分子筛,考察了碳酸铵加入量、晶种加入量、水硅比和晶化温度对多级孔ZSM-5分子筛物性的影响。X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和N₂吸附-脱附表征结果表明：碳酸铵的加入降低了体系pH,减缓了分子筛成核速率,显著降低了ZSM-5分子筛的相对结晶度;当S-1加入量为5%～7%(质量分数)时,能够提高ZSM-5分子筛的比表面积和孔容;此外,水硅比对ZSM-5分子筛形貌影响显著,当水硅比为45时,能够合成出介孔分布更为集中的多级孔ZSM-5分子筛。由于多级孔纳米结构提高了活性位点与反应物的可接近性,同时降低了反应产物在孔道中停留时间,因此与分子筛ZSM-5-180相比,该分子筛在偏三甲苯与甲醇烷基化反应中表现出优异的稳定性及均四甲苯选择性。     

锌负载量对多级孔ZSM-5分子筛甲醇制芳烃影响

甲醇制芳烃技术是煤化工领域的研究热点之一,提高甲醇制芳烃催化剂ZSM-5分子筛催化活性和寿命是工业化关键。通过浸渍法对酸碱处理后的多级孔ZSM-5分子筛进行锌负载改性以提高芳烃选择性并延长使用寿命。考察不同锌负载量对甲醇制芳烃性能的影响。利用XRD、N2吸附-脱附、Py-IR和NH3-TPD等对样品进行表征,评价其甲醇制芳烃催化性能。结果表明,Zn物种可以很好地分散在多级孔ZSM-5分子筛中,最佳Zn负载量(质量分数1%)改性后分子筛催化剂BTX收率明显增加,寿命延长。     

多级孔ZSM-5沸石分子筛制备方法研究进展

在微孔ZSM-5沸石分子筛中引入介孔结构制备多级孔ZSM-5沸石分子筛,可以很好的解决传统ZSM-5沸石分子筛在分子扩散方面受限和催化剂失活的问题。综述了几种多级孔ZSM-5沸石分子筛的制备方法,着重介绍后处理法、硬模板法以及软模板法,分析了不同制备方法的优缺点,简单介绍了其他制备方法。阐明了探索更加经济、环保、易操作的多级孔沸石分子筛制备方法仍然是科研工作者们努力的方向。     

多级孔HZSM-5分子筛催化快速热解生物质制芳烃

采用酸和/或碱处理法制备了一系列多级孔HZSM-5分子筛,采用XRD、N2吸附、XRF、TEM、27Al MAS NMR和NH3-TPD等表征手段对其孔道结构和酸性进行表征。表征结果表明,采用碱处理方法,可获得孔径集中于3～6 nm的介孔结构,通过改变酸、碱处理次序,可调变酸中心数量和强酸/总酸中心比例。在Py-GC/MS装置上,以纤维素和水稻秸秆为原料,研究多级孔分子筛结构对催化快速热解(CFP)制芳烃反应的影响。反应评价结果表明,同商品级HZSM-5相比,采用先碱后酸处理获得的多级孔HZSM-5分子筛(HZ-OH/H),可将纤维素CFP芳烃碳产率由32.3%提高至43.6%,可将水稻秸秆CFP芳烃碳产率由23.0%提高至30.8%。多级孔HZ-OH/H分子筛的孔道结构和酸中心分布特征,对开发应用于生物质制芳烃的高效工业催化剂具有借鉴意义。     

原位合成球花形貌多级孔ZSM-5及其催化甲醇制丙烯性能

为研究ZSM-5分子筛材料在甲醇制烯烃(MTP)反应中的选择性问题,通过表面硅钝化的后处理修饰和合成方法控制等多种手段,分别得到核壳结构、高模板剂有序多级孔及球花形貌的ZSM-5样品.结果 表明:样品的硅铝比相近,且都具有较高的结晶度,相比常规ZSM-5分子筛,在MTP反应中均能不同程度地提升产物烯烃的选择性.其中,通...     

多级孔ZSM-5分子筛的合成及其催化裂解性能

在不添加任何有机胺模板剂情况下,以硅溶胶和铝酸钠为原料通过简单的水热活化-晶化法合成多级孔ZSM-5分子筛(Z1),在此合成方法上,分别添加蔗糖、木质素、微晶纤维素作为介孔模板剂,合成了三种多级孔ZSM-5分子筛(SZ、LZ、CEZ)。进一步对纤维素和低密度聚乙烯(LDPE)进行共催化裂解研究,考察裂解反应温度和催化剂酸性、孔径对产物分布的影响。结果表明,在450～600℃下使用Z1对纤维素/LDPE进行共裂解,550℃时得到的BTX(苯、甲苯、二甲苯)产率最高(21.6%)。在优化温度下(550℃),使用不同催化剂进行共裂解实验,使用CEZ-10得到的BTX产率最高(26.1%),并有良好的抗积碳能力。与单独裂解LDPE(17.8%)相比,CEZ-10共裂解得到的BTX产率提升了8.3%。结果表明,共催化裂解纤维素和LDPE有助于BTX的生成。     

基于ZSM-5的多级孔材料的合成研究进展

介绍了近年来基于ZSM-5分子筛的多级孔材料的合成研究进展,包括多级孔ZSM-5材料的制备方法、结构特点、应用以及各制备方法的优缺点等,比较了多级孔ZSM-5与常规微孔ZSM-5分子筛的催化性能。展望了今后的发展前景,认为在对多级孔材料的孔结构实现可控的基础上,合成出具有良好水热稳定性和特定酸性质的多级孔ZSM-5将是今后研究的重点目标。     

多级孔ZSM-5负载PtNi催化木质素衍生物选择性加氢脱氧制备环烷烃的研究

通过改变微、介孔模板剂的摩尔比合成不同孔分布的多级孔ZSM-5分子筛,并采用等体积共浸渍法制备了多级孔ZSM-5分子筛负载Pt-Ni双金属催化剂,系统研究了分子筛载体中不同微、介孔分布对愈创木酚和二苯并呋喃二元混合物加氢脱氧制备环烷烃的影响。利用X射线晶体衍射（XRD）、氮气吸脱附（N₂-BET）、场发射扫描电子显微镜（SEM）和场发射透射电子显微镜（TEM）对Pt-Ni催化剂的形貌和结构进行了表征。结果表明,不加入微孔模板剂时,合成的分子筛为无定形形貌,随着微孔模板剂摩尔分数的增加,分子筛的结晶度逐渐提高且介孔体积逐渐减小;当微、介孔模板剂摩尔比为15∶5时,Pt-Ni催化剂表现出最佳的联环己烷选择性。     

晶种法合成整体式多级孔ZSM-5分子筛

以四丙基氢氧化铵为模板,采用原位水热法,添加Silicalite-1晶种和十六烷基三甲基溴化铵,一步合成直径约为2cm、高约为0.8cm、中间部位向内凹、边缘部位凸起且表面较光滑的分子筛圆片集聚体。XRD、SEM和N2吸附-脱附表征结果表明,该分子筛圆片集聚体是由小晶粒堆积成的具有微孔和介孔的多级孔ZSM-5分子筛。     

Co-conversion of methanol and n-hexane into aromatics using intergrown ZSM-5/ZSM-11 as a catalyst

The conversion of n-hexane and methanol into value-added aromatic compounds is a promising method for their industrially relevant utilization. In this study, intergrown ZSM-5/ZSM-11 crystals were synthesized and their resulting catalytic performance was investigated and compared to those of the isolated ZSM-5 and ZSM-11 zeolites. The physicochemical properties of ZSM-5/ZSM-11 intergrown zeolite were analyzed using X-ray diffraction, N₂ isothermal adsorption-desorption, the temperature-programmed desorption of ammonium, scanning electron microscopy, Fourier transform infrared spectra of adsorbed pyridine, and nuclear magnetic resonance of ²⁷Al , and compared with those of the ZSM-5 and ZSM-11 zeolites. The catalytic performances of the materials were evaluated during the co-feeding reaction of methanol and n-hexane under the fixed bed conditions of 400°C, 0.5 MPa (N₂), methanol:꞉n-hexane=7꞉:3 (mass ratio), and weight hourly space velocity=1 h^–1 (methanol). Compared to the ZSM-5 and ZSM-11 zeolites, the ZSM-5/ZSM-11 zeolite exhibited the largest specific surface area, a unique crystal structure, moderate acidity, and suitable Brønsted/Lewis acid ratio. The evaluation results showed that ZSM-5/ZSM-11 catalyst exhibited better catalytic reactivity than the ZSM-5 and ZSM-11 catalysts in terms of methanol conversion rate, n-hexane conversion rate, and aromatic selectivity. The outstanding catalytic property of the intergrown ZSM-5/ZSM-11 was attributed to the enhanced diffusion associated with its unique crystal structure. The benefit of using zeolite intergrowth in the co-conversion of methanol and alkanes offers a novel route for future catalyst development.     

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。     

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。     

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。     

无有机模板剂制备ZSM-5分子筛及其环己烯水合应用

以硫酸铝、水玻璃为主要原料,无有机模板剂条件下采用两步水热晶化法合成ZSM-5分子筛。系统研究钠硅比、水硅比和晶化时间等因素对ZSM-5分子筛结晶度和晶粒尺寸的影响。采用XRD和SEM对制备的ZSM-5分子筛进行结构表征,并考察ZSM-5分子筛在环己烯水合反应中的催化性能。结果表明,在一定钠硅物质的量比和水硅物质的量比范围,ZSM-5分子筛结晶度随钠硅物质的量比的增加与水硅物质的量比的减小而升高。无有机模板剂条件下制备ZSM-5分子筛,不仅降低生产成本,减少对环境的危害,而且在环己烯水合反应中表现出较好的催化活性,随着ZSM-5分子筛晶体尺寸减小,环己烯转化率提高。