Adsorption of Benzene and Propylene in Zeolite ZSM-5:Grand Canonical Monte Carlo Simulations

The adsorption behavior of benzene and propylene in zeolite ZSM-5 was studied by Grand Canonical Monte Carlo（GCMC） simulations. It could be found that benzene and propylene molecules showed different adsorption behavior in the zeolite cavities. The loadings of propylene were significantly larger than those of benzene at 100 kPa. From the figures of potential energy distribution, the potential energy of benzene/zeolite was more negative than that of propylene/zeolite, so benzene could be adsorbed more stably than propylene. When the temperature was in- creased from 298 to 443 K at 100 kPa, the loading ofpropylene was reduced from 99 to 82 molecules, whereas that of benzene changed little. When benzene and propylene were adsorbed in zeolite simultaneously, the competitive adsorption of them occurred; therefore, the potential energy distribution could be changed significantly. Besides, the adsorption isotherms of benzene and propylene in ZSM-5 at 298 and 443 K were simulated. The results exhibit that the different factors influenced the molecular adsorption at various temperatures and pressures, leading to the diffe- rent rules for the adsorption of benzene and propylene molecules in the zeolite. At a low pressure, the unfavorable energy of propylene/zeolite and the ＂commensurate freezing＂ phenomenon of benzene would make the loadings of itself higher than those of propylene. When pressure was higher than 5 kPa, the adsorption of benzene in ZSM-5 would nearly reach saturation.

Hierarchically Macroporous Zeolite ZSM-5 Microspheres for Efficient Catalysis

Hollow zeolite microspheres have recently attracted much attention for their applications in catalysis,microreactors and biomedicine.Herein,we present hierarchically structured zeolite ZSM-5 microspheres with unique,abundant macropores that allow more efficient use for catalysis.The hierarchically macroporous zeolite ZSM-5 microspheres are synthesized under the assistance of water/oil emulsions and using polystyrene nanospheres as templates.The zeolite microsphere is assembled by uniform hollow zeolite nanospheres.Their large inner cavities and thin zeolite shells lead to smaller diffusion channel and higher improved accessibility to active sites,contributing to high catalytic performance in the catalytic conversion of benzyl alcohol in mesitylene.Such novel zeolite microspheres with impressive performance will be applied to numerous other industrial catalytic reactions.

Removal of Organochlorine from Model Oil Using Mg-Modified ZSM-5 Zeolite:Dechlorination Performance,Regeneration,and Thermodynamics

Various metal-modified ZSM-5 zeolite adsorbents prepared by the impregnation method were applied to the removal of organic chlorides from model naphtha.The adsorption performance and regeneration stability were investigated by static adsorption experiments.The morphologies,structural features,and physicochemical properties of the adsorbents were characterized by X-ray diffraction,Brunauer-Emmett-Teller analysis,NH3 temperature-programmed desorption,scanning electron microscopy,transmission electron microscopy,and pyridine adsorption infrared spectroscopy.The Mg/ZSM-5 zeolite adsorbent possessed a relatively high specific surface area and good metal dispersion and exhibited the best dechlorination and regeneration performance.The characterization results revealed that introduction of the metal exerted a significant influence on the acidic properties of the catalyst surface.A decrease in the ratio of Brønsted acidic sites to Lewis acidic sites and an increase in the amount of moderately acidic sites were confirmed to be responsible for the excellent adsorption performance of the Mg-modified ZSM-5 zeolite.Furthermore,the Langmuir adsorption isotherm model was applied to study the adsorption equilibrium and thermodynamics of the Mg/ZSM-5 adsorbent under mild conditions.The results revealed that the removal of 1,2-dichloroethane by the Mg/ZSM-5 adsorbent was endothermic,spontaneous,disordered,and primarily involved physical adsorption.

Dendritic nanoarchitecture imparts ZSM-5 zeolite with enhanced adsorption and catalytic performance in energy applications

The development of zeolites possessing dendritic features represents a great opportunity for the design of novel materials with applications in a large variety of fields and,in particular,in the energy sector to afford its transition towards a low carbon system.In the current work,ZSM-5 zeolite showing a dendritic3D nanoarchitecture has been synthesized by the functionalization of protozeolitic nanounits with an amphiphilic organosilane,which provokes the branched aggregative growth of zeolite embryos.Dendritic ZSM-5 exhibits outstanding accessibility arising from a highly interconnected network of radially-oriented mesopores(3-10 nm)and large cavities(20-80 nm),which add to the zeolitic micropores,thus showing a well-defined trimodal pore size distribution.These singular features provide dendritic ZSM-5 with sharply enhanced performance in comparison with nano-and hierarchical reference materials when tested in a number of energy related applications,such as VOCs(toluene)adsorption(improved capacity),plastics(low-density polyethylene)catalytic cracking(boosted activity)and hydrogen production by methane catalytic decomposition(higher activity and deactivation resistance).

无有机模板法制备Cu-ZSM-5催化剂及其选择性催化氧化苯乙烯

不使用任何有机模板剂,硝酸铜和正硅酸四乙酯(TEOS)经过酸性水解、碱性陈化和水热晶化,制备得到四配位铜修饰ZSM-5沸石(Cu-ZSM-5)。考察凝胶的Si/Al摩尔比、pH值、晶化温度和晶化时间对Cu-ZSM-5的晶型和相对结晶度的影响。采用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、紫外漫反射谱和X-射线光电子能谱等手段对Cu-ZSM-5进行分析表征。结果表明:Cu-ZSM-5沸石具有MFI结构,结晶度高,无其他杂晶;铜原子以四配位为主。四配位铜是催化氧化苯乙烯的活性位点;在m(Cu-ZSM-5-50)=0.1 g、n(TBHP)/n(Styrene)=1.5、T=60℃、t=5 h条件下,苯乙烯转化率和苯甲醛选择性分别为76.5%和69.4%,表明Cu-ZSM-5-50具有较高的催化活性和较好的重复利用性。该制备方法不使用有机模板剂,无需高温焙烧,Cu-ZSM-5催化剂的制备成本大大降低。

晶种法直接水热合成含磷ZSM-5分子筛及其芳构化性能研究

费托合成油品向高辛烷值汽油转化的流化床体系中,水蒸气的存在极易导致ZSM-5分子筛发生不可逆的水热失活,而磷的引入能提高ZSM-5分子筛的水热稳定性。采用晶种法在无胺体系下直接水热合成了含磷ZSM-5分子筛(HS-P-Z5),并与常规浸渍法得到的含磷ZSM-5分子筛(IM-P-Z5)进行了对比。通过XRD、SEM和N2吸/脱附等对水热处理前后的ZSM-5分子筛进行了表征,通过水洗实验考察了磷元素的流失情况,并以1-辛烯为探针分子评价了ZSM-5分子筛的芳构化性能。结果表明,HS-P-Z5比IM-P-Z5具有更高强度的特征衍射峰、更多的微孔结构和酸量。水洗实验和NMR表征结果表明,HS-P-Z5具有更加稳定的磷铝结构,磷物种不易被洗掉,故其具有更好的水热稳定性,在水热处理后能够保留更多分子筛的微孔结构以及强酸位点。HS-P-Z5-ST(ST表示水热处理)具有最高的芳烃选择性,在反应时间730 min时,其芳烃选择性为23.1%,高于IMP-Z5-ST(18.4%)以及Z5-ST(11.2%)。

ZSM-5分子筛形貌对苯-乙醇烷基化催化性能的调控作用

采用水热法制备了环状、薄片、类球状聚集体和小晶粒4种不同形貌和尺寸的纳米ZSM-5分子筛,用XRD、SEM、BET、MAS-NMR和NH3-TPD对所合成分子筛进行了表征,并考察分子筛形貌对苯和乙醇烷基化性能的影响.实验结果表明:在相近的硅铝比下,不同形貌的分子筛具有相似的弱酸峰强度,短b轴和中空结构的存在会降低分子筛的强酸峰强度,分子筛的强酸峰强度直接影响烷基化性能;分子筛颗粒形貌对催化烷基化性能有较大影响,4种形貌分子筛催化苯和乙醇烷基化性能优劣顺序为:薄片ZSM-5>环状ZSM-5>类球状团聚体ZSM-5>小晶粒ZSM-5.其中,具有薄片结构的H-ZSM-5分子筛在烷基化反应过程中表现出相对较好的催化性能.综合对比结果表明:较低的强酸强度、较大的比表面积和孔容、较多的直形孔道占比下,分子筛的烷基化性能较好,产物乙苯的选择性越高.

环状ZSM-5分子筛在苯和乙醇烷基化反应中的应用

低温下采用水热晶化法合成了环状中空ZSM-5分子筛,并以磷酸二氢铵为前体,制备了不同磷负载量的环状中空ZSM-5催化剂,采用XRD,SEM,NH_(3)-TPD,Py-FTIR等方法对催化剂进行表征,并在气相连续流动固定床反应器上对苯和乙醇烷基化制乙苯进行性能评价和稳定性考察。实验结果表明,环状中空ZSM-5催化剂进行磷改性后,催化剂的酸强度降低,随着磷负载量的增加,乙苯选择性逐渐增加,甲苯和丙苯选择性逐渐降低;当磷负载量达到3%(w)后,催化剂外表面强酸位基本消失,此时乙苯选择性最高;在n(苯)∶n(乙醇)=8∶1、340℃、1.0 MPa、WHSV=1 h^(-1)条件下,对该催化剂进行了寿命考察,在300 h反应过程中,乙醇转化率超过99.9%,苯的转化率维持在11%左右,乙基苯的选择性最高达到98.4%,二甲苯相对含量最低达到0.11%。

微量掺杂Mn改性Ni/ZSM-5用于等离子催化甲烷部分重整制氢

使用微量的Mn元素对浸渍法制备的Ni/ZSM-5催化剂进行了掺杂改性,并将其应用于低温等离子体催化甲烷重整制氢的反应中。研究结果表明,掺杂后的双金属催化剂可以有效提升甲烷转化率。同时利用XRD、EDS和H_(2)-TPR等技术手段对催化剂进行了表征,表征结果表明,催化剂改性后金属分散度得到改善、氧化还原能力提升。活性评价证实了改性催化剂在介质阻挡放电等离子中的制氢活性得到增强。

碱处理改性ZSM-5分子筛孔结构对VOCs吸附性能的影响

采用氢氧化钠和四丙基氢氧化铵混合碱溶液处理制备一系列改性ZSM-5分子筛,通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、N_(2)吸附、水接触角测定等手段对改性样品进行了分析表征,采用固定床吸附器对比评价5A、NaY和不同碱改性ZSM-5分子筛吸附剂对正己烷和乙酸乙酯的动态吸附性能。结果表明:氢氧化钠和四丙基氢氧化铵摩尔浓度均为0.2 mol/L的碱改性ZSM-5-G-3样品的比表面积及总孔体积分别为425 m^(2)/g和0.585 cm^(3)/g,比改性前高硅ZSM-5-G-1样品分别提高了17.7%和174.6%,介孔比表面积增加8.6倍,达到317 m^(2)/g,介孔体积增加12.3倍,达到0.531 cm^(3)/g;随着碱溶液浓度的增加,改性分子筛材料水接触角减小;25℃时,正己烷和乙酸乙酯在ZSM-5-G-3吸附剂床层上的穿透吸附量分别为76.99和101.08 mg/g,比改性前ZSM-5-G-1吸附剂床层分别提高了40.3%和17.4%。改性ZSM-5-G-3样品对挥发性有机化合物(VOCs)吸附性能的显著提高主要归因于碱改性提供了更多的吸附位和介孔结构。

Synthesis and characterization of an unusual snowflake-shaped ZSM-5 zeolite with high catalytic performance in the methanol to olefin reaction

The ZSM-5 zeolite with an unusual snowflake-shaped morphology was hydrothermally synthesized for the first time,and compared with common ellipsoidal and boat-like shaped samples.These samples were characterized by N2 adsorption-desorption,X-ray fluorescence spectroscopy,scanning electron microscopy,X-ray diffraction,magic angle spinning nuclear magnetic resonance,temperature-programmed desorption of ammonia,and infrared spectroscopy of pyridine adsorption.The results suggest that the BET surface area and SiO2/Al2O3 ratio of these samples are similar,while the snowflake-shaped ZSM-5 zeolite possesses more of the（101） face,and distortion,dislocation,and asymmetry in the framework,resulting in a larger number of acid sites than the conventional samples.Catalysts for the methanol to olefin（MTO） reaction were prepared by loading Ca on the samples.The snowflake-shaped Ca/ZSM-5 zeolite exhibited excellent selectivity for total light olefin（72%） and propene（39%） in MTO.The catalytic performance influenced by the morphology can be mainly attributed to the snowflake-shaped ZSM-5 zeolite possessing distortion,dislocation,and asymmetry in the framework,and lower diffusion limitation than the conventional samples.

ZSM-5分子筛对典型涂装VOCs的吸附性能及机理研究

通过水热法成功合成了一系列宽硅铝比(50、100、150、300、500、800、1500、3000)的ZSM-5分子筛,旨在研究其对涂装行业典型挥发性有机物(volatile organic compounds,VOCs)的吸附规律。同时,结合分子筛表面的酸性位点,以解析硅铝比对分子筛吸附性能的影响机制。实验结果表明,丙酮的吸附能力主要受自身极性、支链结构和分子筛表面酸位点的影响。而乙酸丁酯、苯乙烯、对二甲苯、苯、甲苯的吸附性能会同时受到自身的分子量、分子直径、极性、分子结构和官能团的影响,分子量和分子直径大、极性强且具有支链结构的VOCs更容易被ZSM-5分子筛吸附。这6种VOCs中,ZSM-5分子筛对丙酮的吸附效果最好,硅铝比对其吸附性能的影响也最大。这是因为丙酮比其他VOCs更容易吸附在Lewis酸位点上,硅铝比的改变会影响酸位点的数量。低硅铝比的分子筛由于具有较多的酸位点,更适用于丙酮的吸附。

等级孔结构协同Fe改性提升ZSM-5分子筛催化苯甲醇烷基化性能

针对ZSM-5分子筛微孔扩散限制和催化活性位单一的问题,使用有序大孔-介孔碳模板为硬模板并结合原位引入金属策略,一步晶化合成了具有高结晶度、高比表面积的有序贯通大孔-介孔-微孔等级结构的Fe/ZSM-5分子筛单晶.通过X射线衍射(XRD)、紫外-可见光谱(UV-Vis)、H_(2)程序升温还原实验(H2-TPR)和X射线光电子能谱(XPS)等手段对催化剂中活性Fe的存在形式进行了表征.结果表明,该材料中位于离子交换位及铁氧八面体(六配位)的孤立Fe(III)是主要的氧化还原活性中心,当Fe负载量(质量分数)为1%时,苯甲醇转化率最高为59.3%,产物选择性为83.2%,最终收率达到49.3%,在循环使用5次后仍保持高催化活性.

磷改性ZSM-5分子筛的制备及其催化苯酚烷基化反应性能

为了解决ZSM-5分子筛催化苯酚烷基化对甲酚选择性低的问题,采用等体积浸渍法对制备的ZSM-5分子筛进行硅、磷、镁改性得到系列改性ZSM-5催化剂。采用XRD、Py-IR和BET等手段对改性前后ZSM-5分子筛进行表征,并采用固定床反应器考察了改性ZSM-5分子筛催化苯酚烷基化反应性能。结果表明:磷负载质量分数15%的15P-ZSM-5分子筛的比表面积和总酸量分别从未改性前的395 m^(2)/g和406μmol/g降低到了309 m^(2)/g和128μmol/g,外表面酸量从未改性前的18μmol/g降低到了3μmol/g;在质量空速12 h^(-1)、反应温度420℃、反应压力1.5 MPa条件下进行催化苯酚烷基化反应,磷负载质量分数10%的10P-ZSM-5分子筛作用下的苯酚转化率为52.4%、对甲酚选择性为15.4%;磷改性可以通过磷酸根离子覆盖ZSM-5分子筛外表面的酸位点对表面酸性酸量进行调节,提高对甲酚的选择性,与其他改性分子筛相比,磷改性分子筛具有最佳的苯酚烷基化反应性能。

碱处理制备高硅多级孔ZSM-5催化MTP反应

以水热法合成母体硼硅沸石(BS),然后使用氢氧化钠(NaOH)溶液单独处理以及氢氧化钠和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)混合溶液处理,并在碱溶液中加入铝源,制备一系列高硅多级孔ZSM-5分子筛样品(命名为BHZ-A和BHZ-AB系列样品)。采用XRD、SEM、ICP、Ar物理吸附、NH3-TPD和热重分析等手段表征样品的孔结构和酸性质等,并提出了CTAB的保护作用:在碱处理过程中,CTAB抑制NaOH的脱硅作用从而保护分子筛不被过度刻蚀。在压力0.1 MPa、温度743 K、水/醇摩尔比为1/1和甲醇质量空速为3 h^(-1)条件下,采用固定床反应器评价BHZ(含B的H型ZSM-5)分子筛样品催化甲醇制丙烯(MTP)反应72 h的性能。结果表明:通过碱处理制备得到的高硅多级孔ZSM-5分子筛的强酸量是影响其MTP反应性能和积炭的主要因素,由于BHZ-0.1A和BHZ-0.1AB样品具有丰富的介孔和合适的酸性,其MTP反应性能优异,丙烯选择性均约为50%,积炭量均约为1.5%。

缺陷型ZSM-5沸石金属改性特征

MFI沸石中普遍存在骨架缺陷。但由于某些原因,迄今为止人们仅对于S-1沸石的骨架缺陷进行了一些较为系统的研究。实际上,与S-1沸石同样具有MFI拓扑结构的ZSM-5沸石也普遍存在不同程度的骨架缺陷。这些骨架缺陷会使ZSM-5沸石产生不同数量和形式的羟基窝缺陷位。然而,关于羟基窝对缺陷型ZSM-5沸石物化性质的研究却鲜有报道,所以有必要对缺陷型ZSM-5沸石中羟基窝的物化性质进行系统研究。因此,研究了缺陷型ZSM-5沸石的金属离子改性规律,考察羟基窝对金属离子在缺陷型HZSM-5上的改性行为,以便为将来开发利用缺陷型ZSM-5沸石打下基础。

金属改性缺陷型ZSM-5分子筛用于丙烷催化转化的研究

锌离子改性的缺陷型HZSM-5分子筛的表面酸性和锌离子改性常规HZSM-5分子筛明显不同,其丙烷转化反应催化性能更优。用缺陷型HZSM-5分子筛制备的Zn、Sn、Pt三金属组元改性催化剂也可能在催化性能上优于用常规HZSM-5分子筛(骨架缺陷较少)制备的Zn、Sn、Pt三金属组元改性催化剂。因此,选择高硅铝比(n(SiO_(2))/n(Al_(2)O_(3))=100)缺陷型HZSM-5分子筛(Z100)及其(NH_(4))_(2)SiF_(6)修复样品,分别制备了Zn、Sn、Pt三金属组元改性催化剂,并在此基础上研究了不同催化剂对丙烷探针分子反应的催化性能。脉冲微反应实验结果表明:在丙烷探针分子反应中,Zn、Sn、Pt改性缺陷型HZSM-5分子筛催化剂的烯烃和芳烃产物总选择性与参比催化剂相近,但催化活性提高近1倍。

多级孔花状ZSM-5分子筛的合成及其正辛烷催化裂解反应性能研究

高性能催化剂的研发是石脑油催化裂解制低碳烯烃领域的研究热点。使用双子季胺盐表面活性剂[C_(18)H_(37)-N^(+)(CH_(3))_(2)-C_6H_(12)-N^(+)(CH_(3))_(2)-C_6H_(13)]Br_(2)作为结构导向剂,成功合成了花状ZSM-5分子筛。利用XRD、SEM、N_(2)吸附-脱附和NH_(3)-TPD表征技术研究了晶化温度、n(Si)/n(Al)、n(H_(2)O)/n(Si O_(2))和n(Na_(2)O)/n(Si O_(2))等合成条件对ZSM-5分子筛物化性质的影响,并考察其正辛烷催化裂解反应性能。研究结果表明,花状ZSM-5分子筛的优化制备条件为:n(Na_(2)O)∶n(Al_(2)O_(3))∶n(Si O_(2))∶n(C_(18-6-6)Br_(2))∶n(H_(2)O)=5∶1∶100∶10∶4000、晶化时间为72 h、晶化温度为175℃。随着n(Si)/n(Al)的增大,花状分子筛颗粒逐渐团聚;当投料n(Na_(2)O)/n(Si O_(2))高于0.05时,分子筛样品中开始出现其他杂相;随着投料n(H_(2)O)/n(Si O_(2))的增大,分子筛层状形貌逐渐不明显。在催化裂解正辛烷制乙烯和丙烯反应中,经过30 h连续测试,花状ZSM-5分子筛的正辛烷转化率始终保持稳定,乙烯和丙烯总收率从62.0%逐渐增加至64.4%。花状ZSM-5分子筛较高的催化活性和优异的抗积炭稳定性主要归结于其独特的层状形貌和多级孔结构。

单晶多级孔ZSM-5分子筛酸性质对正庚烷催化裂解反应传质性能的影响

采用L-赖氨酸作为介孔模板剂,通过调控铝源(偏铝酸钠)添加量改变分子筛硅铝比,在单晶分子筛内部引入晶内介孔,成功地合成了一系列具有不同硅铝比的单晶多级孔ZSM-5分子筛,研究了其酸性质对正庚烷催化裂解反应传质性能的影响。利用X射线衍射(XRD)、N2物理吸附、氨气程序升温脱附(NH_(3)-TPD)、吡啶红外(Py-IR)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等表征了单晶多级孔ZSM-5分子筛的物理结构、酸性质和微观形貌。同时,利用零长柱(ZLC)装置测试获取了正庚烷在单晶多级孔ZSM-5分子筛中的表观扩散系数,用于反映其传质性能。研究结果表明,随着硅铝比的提高,单晶多级孔ZSM-5分子筛的物理结构基本保持一致;传质性能随酸量的减少而提升,催化裂解性能随酸量的增加而提高。当单晶多级孔ZSM-5分子筛的Si/Al从80提高至140,正庚烷的表观扩散系数提升了87%以上;当单晶多级孔ZSM-5分子筛的Si/Al=80时,正庚烷的转化率最高可达97.5%,乙烯和丙烯的选择性分别为24.3%和35.1%。

改性纳米ZSM-5分子筛催化甲醇制对二甲苯的反应性能

通过水热合成的方法合成纳米ZSM-5分子筛,并采用等体积浸渍法制备ZnO,MgO和P_(2)O_(5)复合改性分子筛,用于催化甲醇高选择性制对二甲苯反应中。采用XRD、SEM、氮气吸附-脱附以及NH_(3)-TPD等手段对催化剂进行表征分析,并在固定床微型反应装置上进行甲醇直接制对二甲苯(MTPX)反应性能评价。结果表明:相比于常规微米ZSM-5分子筛,纳米分子筛具有大量晶间介孔,提高总芳烃选择性;Zn改性减少强酸量,增加中强酸酸量,有利于芳烃产物的生成;分子筛上进一步引入适量的MgO和P_(2)O_(5)可以有效覆盖分子筛的部分孔口和外表面的酸性位,对孔道扩散限制产生影响,对位选择性提高至81.1%,对二甲苯选择性提高至23.3%。