甲烷无氧芳构化反应综合性实验教学设计与实践

为了推广新型物理化学综合实验,实验通过简易合成方法制备了纳米MoO_(3)修饰MCM-22分子筛,新型清洁能源的转化符合可持续发展理念和本科生实验教学的发展前景。同时设计了催化剂结构、形貌及酸性的表征及甲烷无氧芳构化反应定性、定量分析等实验环节。将科研成果润物细无声的融入物理化学综合性实验教学中,有利于培养学生严谨的思维和科学态度,培养学生的创新意识与团队协作精神,为提升本科生物理化学实验教学奠定扎实的基础。

MoO_(3)纳米带修饰MCM-22催化甲烷无氧芳构化反应

利用天然气生产芳烃是一个有吸引力的课题,这个过程需要具有高性能活性位点的催化剂,以活化稳定的碳氢键.在甲烷直接转化方法中,将甲烷无氧脱氢芳构化(MDA)转化为高附加值芳烃(如苯、甲苯和萘)是甲烷增值的有效途径.本研究采用MoO_(3)纳米带作为Mo源,微孔分子筛MCM-22作为载体制备双功能Mo基催化剂,结果表明MoO_(3)纳米带高度分散在分子筛内部,与分子筛中Bronsted酸中心结合形成有效活性中心,改善了甲烷无氧脱氢芳构化反应的催化活性,提高了催化剂的稳定性.在甲烷无氧脱氢芳构化反应测试中,当MoO_(3)纳米带的负载量质量分数为6%时,N-Mo-HMCM-22催化剂催化的甲烷转化率达到14.1%,苯产率可达8.2%.本研究为合成高性能、稳定的MDA催化剂提供了一种更为简易的策略.

四丙基氢氧化铵改性Mo/HZSM-5催化甲烷甲醇共芳构化反应性能

采用四丙基氢氧化铵(TPAOH)处理HZSM-5分子筛,并负载金属Mo.利用XRD、低温氮气吸附、27Al MAS NMR、29Si MAS NMR和NH3-TPD等表征技术对TPAOH改性前后催化剂的结构和酸性进行了研究,考察了其对甲烷甲醇共芳构化反应的催化性能.结构表征结果表明,适量的TPAOH改性可提高HZSM-5分子筛的相对结晶度,样品中介孔含量明显增加并且弱酸量和强酸量也有所增加.反应性能测试表明,以6%Mo负载的HZSM-5(6Mo/HZSM-5)为催化剂,在700℃、甲烷体积空速为2000 h-1的反应条件下,甲烷中添加少量甲醇(nCH4/nCH3OH=20)时,甲烷转化率稳定在10%左右,苯选择性在70%以上,C7-C9高碳芳烃的选择性为4%.在0.1mol/L TPAOH改性6Mo/HZSM-5催化剂上,甲烷转化率为8%左右,苯选择性稳定在60%以上,C7-C9高碳芳烃的选择性提升到10%~17%.利用TG和TPO技术对反应后样品的积碳情况进行了表征,发现甲烷甲醇共进料时催化剂积碳量由甲烷单独进料时的15%降低至5%,0.1mol/L的TPAOH改性后积碳量则进一步降低至1.4%.TPAOH改性的催化剂上介孔含量的增加和强酸中心上的稠环芳烃含量的减少是反应后积碳量显著下降的主要原因,这有利于提高芳构化催化剂的稳定性和碳原子的有效利用率.

新型非常规天然气直接催化转化制芳烃催化剂的研究

近年来,常规天然气供应紧张,因此非常规天然气的开发利用显得尤为重要。甲烷无氧芳构化作为非常规天然气的直接转化方式之一,由于其工艺流程简单、芳烃选择性集中、产物附加值高等特点,一直受到广大科研工作者的关注。为提高甲烷转化率及甲苯和二甲苯等产物的选择性,通过一步浸渍法制备了0.189%Mg/8%Mo/HZSM-5(以质量分数计)催化剂,在700℃、101 kPa条件下通过将甲烷无氧芳构化反应与芳烃烷基化反应耦合,其中甲醇作为烷基化试剂与甲烷以共进料的方式进入反应体系,将甲烷的转化率提升至27.45%、甲苯和二甲苯的选择性分别达到28.29%和24.65%,并且8 h内催化剂未出现活性减弱,实现了反应的高效稳定运行。