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%。

小晶粒ZSM-11分子筛的合成及其正辛烷催化裂化反应性能

采用传统水热合成法,以聚丙烯酰胺(PAM)为介孔模板剂,动态晶化合成小晶粒多级孔ZSM-11分子筛。并采用预晶化液法以减少有机模板剂的用量,降低合成成本。通过X射线衍射仪、低温N_(2)物理吸附、扫描电子显微镜和化学吸附仪等多种手段对合成样品进行了系统表征。考察了介孔模板剂的用量对合成小晶粒ZSM-11分子筛颗粒尺寸的影响及其催化裂化反应性能的影响。研究发现,在合成凝胶中加入聚丙烯酰胺并不会改变ZSM-11的拓扑结构,但会显著影响分子筛的形貌、孔结构及分子筛的酸性。合成的ZSM-11晶粒尺寸大幅度减小,同时出现介孔结构,样品的酸量和酸强度均增加。在正辛烷催化裂化微反评价中小晶粒ZSM-11分子筛表现出更高的活性稳定性、更少的氢转移反应和更高的丙烯收率。

Fe-ZSM-5催化S_(2)O_(8)^(2-)脱除烟气中Hg 0的研究

烟气中的零价汞Hg^(0)难以被脱除,是燃煤电厂汞排放的主要形式。过硫酸根可以有效地氧化脱除Hg^(0),但其本身反应效率不佳限制了其在燃煤电厂中氧化脱除Hg^(0)的工业应用。为此,从催化S_(2)O_(8)^(2-)与Hg^(0)的氧化反应入手,以商用H-ZSM-5为原料,通过浸渍法成功制备了不同Fe含量的Fe-ZSM-5催化剂。结合ESEM-EDS、XRD、BET和XPS等分析方法对制备的催化剂进行了表征,发现随着Fe负载量的增大,分子筛表面的分散度越大且Fe均匀分布在表面上,有助于催化反应的进行,同时浸渍的Fe主要以Fe^(2+)和Fe^(3+)形式存在于ZSM-5,Fe负载量的增大也会导致Fe^(2+)占比增大,而Fe^(2+)对氧化反应有极大的促进作用,Fe主要以Fe-Si-O形式存在,ZSM-5被铁改性后仍保持其完整的骨架结构和孔隙形状。实验结果表明,3.0Fe-ZSM-5作催化剂时效果最佳,氧化脱除Hg^(0)效率最高能达到88.31%。

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。

固废基ZSM-5合成及其改性研究进展

工业生产过程中产生大量粉煤灰、赤泥和煤气化渣,其堆积不仅侵占土地,还会严重破坏生态环境,危及人类健康。这3种固废均含有硅铝元素,且含量较高,硅铝比(氧化硅和氧化铝物质的量比)波动幅度较大。ZSM-5(Zeolite Socony Mobil 5)是一类硅铝比范围较宽的沸石分子筛,具有独特的孔道结构和良好的稳定性,在吸附和催化方面应用广泛。利用富含硅铝的固废制备ZSM-5是其高值化和资源化利用的重要途径之一。系统总结了富含硅铝的固废的活化除杂预处理通用方法,并且基于粉煤灰、赤泥和煤气化渣的理化性质特点,综述了固废基ZSM-5的合成及金属改性、磷改性、水热改性和酸碱改性4种方法的研究进展。分析固废作为硅铝源对ZSM-5合成、结构和性能的影响,指出固废在活化除杂过程中硅铝比的调控、杂质元素的去除转化、及主要元素的迁移转化规律是研究重点;讨论不同改性方法对ZSM-5结构和性能的影响机制,提出固废基ZSM-5中硅铝在骨架和非骨架中的分布、铁钙等杂元素的含量和存在形态、孔结构对改性效果起到非常重要的作用。通过对典型富含硅铝元素的固废基ZSM-5合成及其改性过程中存在问题和研究现状的分析和讨论,提出了粉煤灰、赤泥和煤气化渣多源固废复配,在无机模板剂或无模板剂条件下水热晶化制备ZSM-5,对固废基ZSM-5高效精准改性是未来发展方向。

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。

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。

减少模板剂合成ZSM-5分子筛技术研究

ZSM-5分子筛拥有良好的结构选择功能和裂解活性,在精细化工制备和原油精炼等领域广泛应用。目前,主要采用水热法合成上百种不同拓扑结构的分子筛晶体,其形态取决于模板剂的选择。但有机模板剂的应用却对环境和生产成本存在着不利影响。因此,研究了减少模板剂的ZSM-5分子筛合成工艺。研究结果表明:选择适宜的晶种、减少有机模板剂用量,可成功合成出物性指标合格的ZSM-5分子筛,产品结晶度在90以上。最佳合成工艺条件为升温速率90℃·h^(-1)、搅拌方式50 r·min^(-1)、陈化时间90 min、加料速率40 g·min^(-1),合成产品用于二甲苯异构化催化剂制备,活性和稳定性指标参数的平均值为PX/∑X=23.73%、EBC=63.90%,高于目前商业化的工业参比催化剂,达到国内先进水平。

ZSM-22分子筛合成及其正十二烷烃临氢异构化性能:模板剂和动态晶化的影响

以二乙胺(DEA)或1,6-己二胺(DAH)为模板剂,分别在静态或动态条件下合成具有不同形貌和聚集状态的ZSM-22分子筛,采用XRD、SEM、EDS、TEM、NH3-TPD及N2吸附/脱附表征手段对其进行表征分析。并负载Pt在Al2O3上和ZSM-22机械混合制备双功能催化剂,考察其正十二烷的临氢异构化反应性能。结果表明,模板剂和动态晶化会改变ZSM-22分子筛的形貌及聚集状态,并且会影响其酸性、比表面积和临氢异构活性。其中,以二乙胺为模板剂,静态晶化72h合成的ZSM-22具有最优的催化性能,在310℃反应温度下,正十二烷异构化转化率为66%时,异构十二烷的选择性达到90%。但是,模板剂及动态晶化条件对单支链异构体的产物分布影响较小,异构体产物以支链靠近端位的2-甲基十一烷为主,且随着反应温度升高,2-甲基异构体选择性明显降低。

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.

ZSM-5基复合分子筛催化裂解制低碳烯烃研究进展

系统介绍了ZSM-5基复合分子筛的合成方法;针对典型的核-壳结构和微-介孔结构,阐述了复合结构对其孔隙结构、酸性质和水热稳定性等的调控方法和规律。在此基础上,详细综述了复合分子筛在甲醇、轻烃、生物质及其混合原料催化裂解制低碳烯烃领域的应用,提出复合分子筛催化材料未来发展前景。

原位封装法制备Ni@ZSM-5催化剂及其在苯与甲醇烷基化反应中的性能

使用原位封装法将金属Ni封装进ZSM-5纳米晶体中,通过调节金属含量成功制备了一系列封装NiO质量分数分别为0.2%、1.0%和4.0%的Ni@ZSM-5催化剂。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、N_(2)物理吸附-脱附(BET)、氨气程序升温脱附(NH_(3)-TPD)等手段对封装金属Ni后的催化剂进行表征,并详细考察金属Ni封装量的变化对苯与甲醇烷基化反应性能的影响。结果表明:金属Ni含量对催化剂粒径及形貌影响不大,总孔体积略有下降,比表面积、微孔体积、酸量上差别不大;金属Ni含量对催化剂稳定性有显著影响。在反应温度460℃、压力0.1 MPa下,发现封装质量分数1.0%NiO时,苯转化率可达到66%,比ZSM-5提高约10%,副产物乙苯初始选择性大幅度下降至仅0.25%,催化剂寿命为180 h。

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。

预积炭改性ZSM-5分子筛及其苯与合成气烷基化性能研究

苯与合成气的烷基化反应旨在利用非石油资源生产甲苯、二甲苯等烷基苯,本工作采用甲醇蒸气预积炭制备一系列的ZSM-5分子筛,并与ZnCrOx复合形成双功能催化剂,探索对苯和合成气烷基化制烷基苯的影响。通过对预积炭时间的考察,发现适当的预积炭能显著提高ZSM-5分子筛的催化性能。在450℃、4.0 MPa的反应条件下,预积炭改性24 h的催化剂苯转化率达到20.18%。对预积炭改性的ZSM-5分子筛和反应后的复合催化剂进行分析,表明预积炭改变了分子筛的酸性。预积炭覆盖了ZSM-5分子筛上的一些B酸位点,降低了B/L酸比,从而提高苯的转化率。最后,通过烃池机理对苯与合成气烷基化反应的失活机理进行合理推测。

Zn含量对Zn/ZSM-5催化剂表面Zn物种结构及催化性能的影响

HZSM-5(Si/Al=30)为载体,用等体积浸渍法合成了系列不同Zn负载量的双功能Zn/ZSM-5催化剂,考察了Zn负载量在乙烯芳构化过程中的催化性能。用X射线粉末衍射(XRD)、N_(2)吸附-脱附和吡啶吸附红外光谱(Py-FTIR)方法考察了催化剂的结构和酸性,用电感耦合等离子发射光谱(ICP)、紫外可见光谱(UV-vis DRS)、X射线吸收精细结构(XAFS)技术解析了Zn物种的结构及其流失行为。结果表明,Zn含量对其在HZSM-5上的存在状态及催化乙烯芳构化反应性能均有明显的影响,具有较多活性六配位ZnOH+物种的1.5%-Zn(IM)/Z5催化剂表现出较高的芳烃选择性和催化剂稳定性,且表现出较低的Zn流失速率。

Co/Zr/Al_(2)O_(3)-Pt/ZSM-5催化剂的制备及其合成气转化制液体燃料性能研究

以Co基催化剂耦合沸石分子筛催化剂应用于合成气催化转化可以有效改善催化剂的产物选择性。本研究通过浸渍法制备得到Zr/Al_(2)O_(3)载体和Pt/ZSM-5催化剂,再通过超声分散法制备了Co/Al_(2)O_(3)、Co/Zr/Al_(2)O_(3)和Co/Zr/Al_(2)O_(3)-Pt/ZSM-5催化剂。通过系列表征技术对载体和催化剂理化性质进行分析,评价了催化剂费-托合成反应性能。结果表明,Zr的引入有助于提升Co/Zr/Al_(2)O_(3)上Co物种的还原性,改善催化活性,增加C_(12+)重质烃的选择性。当Co/Zr/Al_(2)O_(3)与Pt/ZSM-5耦合后,由于贵金属Pt的助剂效应,进一步促进Co物种的还原,Co/Zr/Al_(2)O_(3)-Pt/ZSM-5催化剂的CTY值提高至8.3×10^(−5) mmol/(g·s),同时具有较低的CH_(4)、C_(2)−C_(4)产物选择性。此外,Pt/ZSM-5的酸性促进C_(12+)产物的部分裂解,使产物分布向C_(5)−C_(11)液态烃偏移,C_(5)−C_(11)产物选择性达到45.9%。本研究为设计和制备高效的费-托合成催化剂提供了参考。

HZSM-22的粒径调控及Pt/HZSM-22的正十二烷加氢异构催化性能

通过调控合成液中的水含量,采用过饱和溶液法,在静态水热条件下合成了三种不同c轴长度的ZSM-22分子筛,对其进行了X射线衍射、扫描电子显微镜、N2物理吸附、NH3-程序升温脱附和吡啶吸附傅里叶变换红外光谱(Py-FTIR)表征。并以所制备的ZSM-22分子筛为酸性载体,在其上负载0.5%(质量分数)的金属Pt作为加(脱)氢活性位点,制备成Pt/ZSM-22双功能催化剂。以正十二烷为探针分子,进行正构烷烃加氢异构化反应,考察了分子筛合成液中水含量对Pt/ZSM-22催化剂加氢异构化性能的影响。结果表明,随着合成液中水含量减少,ZSM-22分子筛粒径减小。但是当水含量低到一定值时,会有方英石和ZSM-5杂晶生成。当分子筛合成液摩尔组成为SiO_(2)∶Al_(2)O_(3)∶K_(2)O∶DEA∶H_(2)O=1∶0.01∶0.08∶0.29∶28时,获得的HZSM-22在所合成的三种分子筛中拥有最多的中、强Brønsted酸量以及较短的c轴长度,对应的双功能催化剂Pt/HZSM-22表现出最佳催化性能。在320℃时,正十二烷转化率为73.24%,异构烷烃收率为57.92%,异构烷烃选择性为79.09%,尤其是中心位置甲基异构体5-甲基十一烷的选择性达到了17.66%。