快速合成Cu-SAPO-34分子筛及其甲醇制烯烃催化性能

通过引入含铜分子筛晶种作为铜源、10 h快速合成出Cu-SAPO-34分子筛,并与传统的水热合成法和铜胺络合物引入铜源的方式进行对比,同时利用XRD、SEM、IR、TPD和微反等手段表征样品的结构和甲醇制烯烃(MTO)催化性能。结果表明:与常规合成方法相比,快速合成法可在10 h制备出结晶度在86.24%,固体收率达到94.65%的Cu-SAPO-34分子筛,其乙烯+丙烯选择之和达到81.26%;与添加铜胺络合物相比,加入含铜分子筛晶种的方式引入铜元素,更合适于快速合成法,避免了铜无法与分子筛骨架结合的问题;通过调整含铜分子筛晶种的性质及加入量,可以快速合成晶粒直径在470 nm的纳米Cu-SAPO-34分子筛,固体收率达到96.72%,乙烯+丙烯选择之和达到86.24%。

短时重构法合成CuSAPO-34分子筛的性质及其甲醇制烯烃反应性能

以含金属铜的分子筛晶种作为铜源,采用短时重构法合成了CuSAPO-34分子筛,考察了模板剂类型对晶种及CuSAPO-34分子筛性质和甲醇制烯烃反应性能的影响。结果表明:以三乙胺与二乙胺为混合模板剂合成的晶种结晶度较低,晶粒尺寸较小;由该晶种制备的CuSAPO-34分子筛的酸性较强,烯烃选择性高,乙烯选择性为47.41%,乙烯+丙烯+丁烯选择性为90.37%,n(乙烯)/n(丙烯)为1.37。

多级孔纳米SAPO-34分子筛制备及甲醇制烯烃性能研究

为缩短SAPO-34分子筛的高温晶化时间,提高其在甲醇制烯烃(MTO)反应中的寿命和选择性,以三乙胺和四乙基氢氧化铵作为双模板剂,采用分步晶化法快速制备了粒径为300~500 nm的纳米SAPO-34分子筛,同时添加表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)进一步对分子筛进行改性,得到多级孔纳米SAPO-34分子筛(C-ST1T2)。对制备的所有样品进行理化性质表征,并应用于甲醇制烯烃的催化反应,考察了其在一定条件下的催化性能。表征结果显示,分步晶化法可以有效缩短分子筛的晶化时间,并且得到纳米级SAPO-34分子筛。用CTAB改性后得到的多级孔纳米SAPO-34分子筛晶型完整,具有多级孔道结构和适中的酸强度。催化性能测试表明,CST1T2的甲醇转化率能够达到100%,并且催化寿命可以达到690 min,较单模板剂合成的分子筛有较大提升,同时低碳烯烃的选择性稳定在89%以上。研究结果表明,利用CTAB对纳米分子筛的多级孔改性,有利于分子筛的MTO反应性能进一步提升。

缺陷晶种导向的多级孔SAPO-34分子筛的制备及其在甲醇制烯烃中的应用

为了制备具有更高性能的甲醇制烯烃(MTO)催化剂,实现甲醇向低碳烯烃的高效转化,首先通过对常规SAPO-34分子筛进行后处理制备了具有缺陷位的晶种,并在水热合成体系中,成功制备了具有多级孔结构的SAPO-34分子筛。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、N2吸/脱附、压汞法以及NH3程序升温脱附(NH3-TPD)等表征手段分析了制备的SAPO-34分子筛的晶体结构、形貌、孔道和酸性特征等。将制备的SAPO-34分子筛在固定床反应器上进行了MTO反应的催化性能评价(反应温度为460℃,反应压力为常压,甲醇质量空速为3.0 h-1,原料为纯甲醇)。结果表明,该多级孔结构SAPO-34分子筛具有大孔、介孔和微孔三级孔道结构。介/大孔的存在:一方面可以使目标产物快速从孔道中扩散出去,减少二次反应发生的机率;另一方面可以使重烃分子更容易扩散至活性位上进行进一步的反应。因此,在MTO反应中,多级孔结构SAPO-34分子筛具有最高的乙烯和丙烯选择性(85.3%)和较低的C4和C5+(碳数为4和碳数大于等于5的烃类)选择性,并可在135 min内保持性能稳定,同时经多次反应再生后,仍然能保持良好的催化性能。

含改性中空SAPO-34分子筛共聚膜的制备及其氮气/甲烷分离性能

为实现氮气/甲烷的有效分离,采用后处理刻蚀法合成了中空磷酸硅铝(SAPO)-34分子筛,并用2,4-二氨基-6-二烯丙氨基-1,3,5-三嗪(NDAM)进行二烯丙氨基功能化。用傅里叶红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射仪(WAXD)对二烯丙氨基化中空SAPO-34分子筛进行了结构表征,并对其进行了气体吸附性能测试。气体吸附性能测试显示,二烯丙氨基化后的中空SAPO-34分子筛具有更高的N_(2)、CH_(4)吸附能力。另外,通过紫外交联法制备了甲基丙烯酸十二氟庚酯(DFHMA)-季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)-二烯丙氨基化中空SAPO-34分子筛共聚膜,考察了中空SAP-34分子筛二烯丙氨基化改性对共聚膜的N_(2)/CH_(4)渗透分离性能的影响,并与聚甲基丙烯酸十二氟庚酯(PDFHMA)/中空SAPO-34共混膜进行了比较。结果表明:共聚膜在不降低聚合物基质选择性的前提下,N_(2)渗透系数提高至496 Barrer,超越了2008年罗宾逊上限,实现了N_(2)/CH_(4)有效分离,并且共聚膜中分子筛的分散性及膜的机械性能和渗透性能较共混膜更佳。

空壳型SAPO-34分子筛催化剂的制备及催化MTO反应

采用复合模板剂合成出具有空壳结构的SAPO-34分子筛。使用XRD、SEM、BET对合成的分子筛样品进行表征,结果表明,所合成的分子筛为空壳型纯相SAPO-34分子筛,比表面积达到638.59 m^(2)/g。在催化甲醇制烯烃反应中,甲醇转化率达到100%,乙烯和丙烯(双烯)选择性达到85.3%。催化剂单程寿命为28 min,是常规SAPO-34分子筛的1.75倍。空壳型SAPO-34分子筛具有优异的MTO催化性能,主要原因是缩短了反应产物从分子筛孔道扩散出来的路径,减少了产物二次反应的发生。

SAPO-34分子筛合成因素的研究进展

为解决国家能源安全和全球环境恶化的双重问题,发展以清洁能源为主的“低碳经济”,已成为世界各国的共同选择。分子筛的合成是一个多种因素共同作用的结果,综述了影响SAPO-34分子筛合成因素的研究进展,从混合模板剂、硅源、晶化时间三个方面介绍了对合成SAPO-34分子筛性能的影响,最后对晶化母液的资源化利用进行了论述,并对绿色发展指出方向。

SAPO-34分子筛催化剂制备及催化流化床甲醇制烯烃反应

采用复合模板剂合成出较小晶粒结合而成的SAPO-34分子筛。使用XRD、SEM、BET对合成的分子筛样品进行了表征,结果表明,所合成的分子筛为纯相SAPO-34分子筛,比表面积达到615.217 m^(2)/g。采用合成的SAPO-34分子筛为原粉,加入高岭土为基质、硅溶胶为黏结剂,喷雾干燥得到成型催化剂。在催化流化床甲醇制烯烃(MTO)甲醇反应中,甲醇质量空速为6.0 h^(-1)条件下,甲醇转化率为99.35%,催化剂活性时间为65 min,乙烯和丙烯(双烯)选择性达到90.37%,焦炭选择性为3.89%。在相同条件下,常规SAPO-34分子筛催化剂活性时间为40 min,使用二异丁胺制备的SAPO-34分子筛催化剂活性时间是常规SAPO-34分子筛催化剂的1.625倍。使用二异丁胺合成的SAPO-34分子筛MTO催化剂具有优异的流化床甲醇制烯烃性能,主要原因是小晶粒团聚而成的SAPO-34分子筛粒,反应产物从分子筛孔道扩散出来的路径变短,减少了产物二次反应的发生。

添加剂辅助合成纳米SAPO-34分子筛及其甲醇制烯烃反应性能

以四乙基氢氧化铵为有机结构导向剂及二环己胺(DCHA)为添加剂,合成了纳米尺寸SAPO-34分子筛,利用XRD、SEM、N2吸附-脱附、NH3-TPD考察了合成条件对分子筛结构与性能的影响。表征结果显示,添加一定量的DCHA可抑制晶体的生长,但添加过多会生成杂晶。在n(SiO_(2))∶n(Al_(2)O_(3))=0.40、180℃、晶化时间3.0 d的条件下,n(DCHA)∶n(Al_(2)O_(3))=0.20时合成的SAPO-34-0.20为晶体尺寸100 nm左右的纳米晶体,相比常规SAPO-34分子筛,晶体尺寸更小、酸强度适中、外比表面积和总孔体积更大。甲醇制烯烃(MTO)评价实验结果表明,添加DCHA合成的SAPO-34分子筛的MTO反应寿命较常规SAPO-34分子筛提高近1倍,且双烯选择性更高,显示较好的应用前景。

原料与模板剂对SAPO-34分子筛的影响

以价格低廉的二乙胺(DEA)为模板剂,利用水热合成法制备SAPO-34分子筛,通过XRD,SEM等手段对所得样品进行表征。考察了硅溶胶用量,水用量,磷酸用量以及DEA用量等因素对合成分子筛的影响。结果表明:磷酸用量与DEA用量对合成SAPO-34分子筛的影响较大,硅溶胶用量及水用量的变化产生较小的影响。在晶化温度200℃,晶化时间24 h下,当合成液配物质的量比为0.6SiO_(2)∶1Al_(2)O_(3)∶1P_(2)O_(5)∶2DEA∶60H_(2)O时,以DEA为模板剂合成的SAPO-34分子筛具有相对较高的结晶度,晶体呈现典型的立方体形貌,但粒径较大。在此基础上,考察了DEA与四乙基氢氧化铵(TEAOH)双模板剂的影响。结果显示:双模板剂下合成的SAPO-34分子筛粒径处于两种单一模板剂的粒径之间,当TEAOH、DEA物质的量比1∶1时,具有相对较高的收率(47%)与相对结晶度(72%)。

用氟化氢-三乙胺复合模板剂合成SAPO-34分子筛

采用X射线衍射、扫描电镜、氨吸附红外光谱及核磁共振等表征手段 ,研究了以氟化氢 三乙胺为复合模板剂合成的SAPO 34分子筛 .结果表明 ,相对于用三乙胺模板剂合成的样品 ,用氟化氢 三乙胺复合模板剂合成的样品结晶度高 ,晶粒小 ,分子筛的酸量低 ,骨架中硅结构单一 ,比表面积和孔体积较大 .以氟化氢 三乙胺复合模板剂合成的分子筛 ,在催化甲醇制低碳烯烃反应中结焦速率降低 。

甲醇制烯烃反应过程中SAPO-34分子筛催化剂的积碳行为研究

在固定床积分反应器内考察了甲醇制烯烃反应过程中SAPO-34分子筛催化剂(以下简称催化剂)上积碳的生成规律,实验结果表明,随着反应温度的升高,催化剂积碳量呈指数规律增长,反应初始阶段的积碳生成速率很快,随后趋于平缓;用水作稀释剂,可以有效地减缓催化剂的积碳速率;催化剂床层内呈现明显的积碳分布,床层入口处的积碳量(质量分数)平均为9.56%,而出口处的积碳量仅为3.20%,符合平行失活机理。积碳催化剂的傅里叶变换红外光谱和热重分析结果表明,反应温度不同,积碳的组成也不同,较低反应温度下生成的积碳主要以脂肪烃为主,而在较高的反应温度下,积碳中多环芳烃的比例增大。

SAPO-34分子筛的合成及甲醇制烯烃催化性能

以三乙胺为模板剂,系统研究了合成凝胶中硅、磷酸及水含量对SAPO-34分子筛晶化及甲醇制烯烃(MTO)催化性能的影响.结果表明,Si对SAPO-34的形成具有结构导向作用,只有当n(SiO2)∶n(Al2O3)≥0.25时才可以得到纯相SAPO-34分子筛.随着凝胶中Si含量增大,合成样品中出现氧化铝物种,使结晶度及比表面积逐渐下降,催化稳定性降低.凝胶n(P2O5)∶n(Al2O3)和n(H2O)∶n(Al2O3)对SAPO-34的合成和催化性能也有很大影响.当n(P2O5)∶n(Al2O3)=1.1∶1,n(H2O)∶n(Al2O3)=36∶1时,合成样品具有较高的比表面积及较为理想的(P+Si)/Al摩尔比和适宜的酸性,单程寿命达到520 min.在此基础上研究了焙烧条件对SAPO-34分子筛催化性能的影响,结果表明,SAPO-34在流动的空气气氛中焙烧8 h得到的样品比焙烧10 h的样品残留了更多的模板剂,且部分残留的模板剂以二烯烃的形式存在,催化寿命明显比焙烧10 h的样品长,达到580 min.

SAPO-34分子筛上丁烯催化裂解制乙烯和丙烯

以SAPO-34分子筛为催化剂,在固定流化床装置上研究了丁烯裂解的反应规律和结焦规律。实验结果表明,反应温度对丁烯裂解产物分布影响较大,丁烯转化率、乙烯和丙烯收率均随反应温度的升高而增加,乙烯和丙烯总选择性(双烯选择性)随反应温度的升高先增加后降低,适宜的反应温度为580～600℃;延长停留时间可提高丁烯转化率及乙烯和丙烯总收率(双烯收率),但停留时间过长会增加二次反应,降低乙烯、丙烯的选择性,尤其是丙烯;水蒸气对丁烯裂解有一定的促进作用,可使丙烯收率明显增加。与ZSM-5分子筛相比,SAPO-34分子筛的稳定性较差,但双烯选择性较高,在运行初期可获得与ZSM-5分子筛相当的双烯收率。SAPO-34分子筛催化丁烯裂解时,在运行初期及高温下生焦速率快,积碳显著影响SAPO-34分子筛的酸性。

Cu改性SAPO-34分子筛催化CO_(2)环加成反应

针对硅铝磷分子筛(SAPO-34)酸性较弱的问题,围绕SAPO-34分子筛的酸性调控开展研究工作,通过将金属Cu原子引入分子筛骨架中,扰动SAPO-34分子筛的酸性位点的分布,获得含高酸量的分子筛催化剂。采用一步水热法,使Cu原位生长入SAPO-34分子筛骨架中。BET、XRD以及UV-vis等结构表征结果表明,Cu原子成功掺入SAPO-34分子筛中。由酸性定量结果,随着Cu添加量的增加,CuAPSO-34分子筛的酸量先增大后减小。利用CO_(2)环加成反应对CuAPSO-34分子筛的催化性能进行评价,在最优的反应条件下,氧化苯乙烯的转化率达到42%。由于Cu改性后产生总酸量提高,其性能优于改性前的SAPO-34分子筛。

SAPO-34分子筛催化剂成型研究进展

根据甲醇制烯烃流化床反应-再生工艺对SAPO-34分子筛催化剂的粒径分布、球形度、耐磨强度等的要求,针对催化剂工业化成型的喷雾干燥工艺,综述了浆液的配方、性质、喷雾干燥工艺条件及成型催化剂的后处理等对催化剂的物理化学性质及催化性能影响;介绍了新开发的降低SAPO-34分子筛催化剂成本的成型方法,为甲醇制烯烃工业催化剂的开发提供借鉴。

骨架富含Si(4Al)结构的SAPO-34分子筛的合成及其对甲醇制烯烃反应的催化性能

通过在初始凝胶中加入HF合成了骨架富含Si（4AI）配位结构的SAPO-34分子筛。使用X射线衍射、扫描电镜、X射线荧光和核磁共振等表征手段研究了初始凝胶中HF的加入对合成SAPO-34分子筛的晶体结构、晶体形貌、元素组成以及骨架硅配位环境的影响结果表明，在初始凝胶中加入F离子后，合成的SAPO-34分子筛的晶体结构更加规整；随着初始凝胶中F离子含量的提高，合成的SAPO-34分子筛晶体骨架中Si（4AI）配位结构的数量增多，Si（n／AI）（n=3～0）配位结构的数量减少。将合成的SAPO-34分子筛催化剂用于甲醇制烯烃反应，结果显示，SAPO-34分子筛骨架中富含Si（4AI）配位结构可以有效提高反应产物中乙烯的选择性，同时能够延长催化剂的寿命。

用TEAOH-C_4H_9NO复合模板剂合成SAPO-34分子筛的研究 Ⅰ.SAPO-34分子筛的合成与表征

以吗啉 (C4H9NO)为主要模板剂 ,以少量四乙基氢氧化铵 (TEAOH)为辅助模板剂合成了SAPO 34分子筛 ,并采用X射线衍射、扫描电镜、傅里叶变换红外光谱和热重 差热分析等手段对合成的SAPO 34分子筛进行了表征 .结果表明 ,TEAOH在导向生成SAPO 34分子筛骨架过程中表现活跃 ,占据了较多的平衡骨架负电荷的位置 ,而吗啉主要起到填充分子筛孔道的作用 .用TEAOH C4H9NO复合模板剂合成的SAPO 34分子筛 ,其晶粒远小于单用吗啉模板剂合成的分子筛 .

含N微孔SAPO-34分子筛的制备、表征及催化性能

采用高温下NH3氮化的方法制备了含N微孔SAPO-34分子筛,采用XRD、BET、NH3-TPD和CO2-TPD等手段对SAPO-34分子筛氮化后的结构和酸碱性进行了表征。结果表明,SAPO-34分子筛经高温氮化后,仍具有良好的结晶度、晶体结构和高比表面积,表面酸中心强度和数目都有所降低,并产生了新的碱性中心。首次将含N的SAPO-34分子筛用于甲醇制烯烃(MTO)反应,与未氮化的SAPO-34分子筛相比,低碳烯烃的选择性明显提高,乙烯选择性从11.6%提高到39.7%。

气相晶化法合成SAPO-34分子筛

分别以磷酸、拟薄水铝石和硅溶胶为磷源、铝源和硅源,吗啉和三乙胺为模板剂,采用气相晶化法在不同条件下合成了SAPO-34分子筛。研究了各种因素对气相晶化法合成SAPO-34分子筛的影响,确定了制备SAPO-34分子筛的最佳合成条件。干胶配比、干胶中的硅铝比和晶化温度对气相晶化法合成SAPO-34分子筛有重要影响,最佳干胶配比为n(SiO2)∶n(Al2O3)∶n(P2O5)∶n(H2O)=1.0∶1∶2∶30,最佳晶化温度为180℃,但在160,140℃时也能合成出纯SAPO-34分子筛。模板剂不同,合成的分子筛不同,搅拌有利于气相晶化。以制备的SAPO-34分子筛为催化剂催化甲醇制低碳烯烃反应结果表明,甲醇转化率达98%以上,乙烯和丙烯的总选择性达80%以上。