固体高辨核磁共振技术对改性金属离子在HZSM-5分子筛中的行为研究

使用固体高分辨核样共振技术研究Zn^2+, Ga^3+,等离子在HZSM-5分子筛中的行为。结果表明, Ga^3+离子主要定位于HZSM-5外表面, 不能抑制骨架脱铝; Zn^2+离子进入了HZSM-5内孔道, 取代了桥羟基上部分质子位, 能稳定沸石骨架。Ga^3+,Zn^2+离子均未进入沸石骨架位。骨架脱铝顺序为: GaHZSM-5>ZnHZSM-5》BaHZSM-5≌CaHZSM-5。     

ZSM-5沸石骨架铝迁移规律的研究 Ⅱ.不同价态金属阳离子对ZSM-5沸石骨架铝迁移的影响

用XRD,MASNMR,IR及NH_3-TPD等技术考察了不同价态金属阳离子引入ZSM-5沸石阳离子位对水热条件下骨架铝迁移的阻抑作用以及表面酸性的变化。实验证明,ZSM-5沸石中部分H~+被金属阳离子M(M=Na~+,Ca~(2+)或La~(3+)取代后,在≥400℃水热条件下骨架铝仍有迁脱现象,致使表面总酸中心减少,其中强酸中心减少较多,和相同水热处理条件下HZSM-5沸石的变化规律一致,但MZSM-5较HZSM-5保留有较多的骨架铝及酸中心,且骨架铝的迁脱量和酸中心的减少有很好的平行关系,说明1、2或3价金属阳离子进入ZSM-5沸石阳离子位都具有阻抑骨架铝迁移的作用。等当量交换的MZSM-5沸石阻抑骨架铝迁移的能力为La~(3+)>Ca~(2+)>Na~+(>H~+)。     

^29Si,^27AIMASNMR研究不同脱铝深度稀土 超稳Y沸石中Si、Al的分布

本文应用^29Si,^27AIMASNMR和XRD技术,测量了四种不同脱铝深度的稀土超稳Y沸石的骨架硅铝比,得到了一致的结果,并研究了稀土超稳Y沸石的脱铝过程和稀土离子和Y沸石骨架铝的机理.发现稀土离子存在时,Y沸石骨架中Si、Al的分布与相同硅铝比的ＨＹ不同,在浅、中度脱铝时,主要脱除的是Si(2Al)和Si(3Al)中的铝,深度脱铝时,主要是Si(1Al)和少量Si(2Al)中的铝,而Si(3Al)几乎不变,提出稀土离子最可能是位于方钠的Si(3Al)附近,平衡三个AlO 四面体上的负电荷,起到稳定Si(3Al)结构单元的作用.其次,稀土超稳Y沸石中总的非骨架铝(N~Al)~EF,随脱铝深度的增加而增加,仅只在REUSY-38的^27AIMAS NMR谱中观察到Al^3+非骨架铝的存在.^29Si,^27AIMASNMR     

ZSM-5沸石骨架铝迁移规律的研究 Ⅲ.ZSM-5沸石骨架铝迁移的可逆性

考察了水热条件下HZSM-5沸石骨架铝的迁出,气-固或液-固反应条件下外界铝进入骨架的影响因素及表面性质的变化。发现在相同的条件下,随ZSM-5沸石硅铝比的增加,铝迁入骨架的比率增大;经水热处理后较相同数量级硅铝比的未经处理的沸石的铝迁入骨架速率快,结合骨架铝迁移的机理对此现象进行了讨论。在400℃气-固反应时,进入沸石骨架的铝量达400—600℃总量的75—80％,和在400℃水热处理时骨架铝的迁脱量相当(80％),这部分铝主要对应于强酸中心位,说明沸石骨架中对应于酸中心较强而稳定性较弱的铝易迁出也易迁入,表明酸性中心是可逆的。     

热分解型HZSM-5沸石的酸性Ⅱ.酸性的来源和脱OH作用

本文用0.1NNaOH和3NNaCl溶液分别处理HZSM-5沸石,并由电位滴定法测定其酸度值,NH_4ZSM-5沸石随热处理温度递增脱RNH_2形成HZSM-5沸石的过程以及HZSM-5沸石的脱OH作用均由DTA-TG曲线记录。结果表明,HZSM-5沸石的表面H~+与H_2O分子结合形成H~+(H_2O)_x品种H~+是佛石酸性的主要来源。HZSM-5沸石的脱OH作用在～460到800℃温度区间内发生,并且得出结论,L酸中心在水的作用下不能转变为B酸中心。随着HZSM-5佛石脱OH作用的增加,它的憎水性增强。此外,灼烧温度增加,HZSM-5沸石的B酸中心和L酸中心均随之减少。     

~(29)Si,~(27)AlMASNMR研究不同脱铝深度稀土超稳Y沸石中Si、Al的分布

本文应用~(29)Si,~(27)Al MAS NMR和XRD技术,测量了四种不同脱铝深度的稀土超稳Y沸石的骨架硅铝比,得到了一致的结果,并研究了稀土超稳Y沸石的脱铝过程和稀土离子稳定Y沸石骨架铝的机理.发现稀土离子存在时,Y沸石骨架中Si、Al的分布与相同硅铝比的HY不同,在浅、中度脱铝时,主要脱除的是Si(2Al)和Si(3Al)中的铝,深度脱铝时,主要是脱除Si(1Al)和少量Si(2Al)中的铝,而Si(3Al)几乎不变,提出稀土离子最可能是位于方钠石笼的Si(3Al)附近,平衡三个AlO_4~-四面体上的负电荷,起到稳定Si(3Al)结构单元的作用.其次,稀土超稳Y沸石中总的非骨架铝(N_(Al))_EF,随脱铝深度的增加而增加,仅只在REUSY-38的~(27)Al MAS NMR谱中观察到Al~(a+)非骨架铝的存在.     

不同骨架结构的沸石对环已烯催化转化选择性的影响

用脉冲催化色谱法以环己烯转化为模型反应考察了镧氢Y,氢型 ZSM-5,氢丝光沸石,铝交链蒙脱土和无定形硅酸铝的骨架异构化和氢转移反应选择性,考察了酸型、酸强度对反应的影响,以及已用过的催化剂的热脱附产物.结果表明,各种沸石的骨架异构化反应选择性的顺序为:HZSM-5>HM>SIO_2·Al_2O_3>AlCLM>LaHY,而氢转移选择性的顺序正好相反,这种差别主要与它们的孔道结构有关。     

高温水蒸气处理对ZnHZSM-5活性中心的影响

应用X-射线衍射、能谱表面分析和吡啶吸附红外光谱研究了高温水蒸气处理对HZSM-5和ZnHZSM-5催化剂的影响，并以丙烷芳构化作为探针反应考查了催化活性中心的变化．高温水蒸气处理对分子筛的结晶度影响不大，但水蒸气处理使得分子筛骨架铝脱出，脱出的铝在表面富集，分子筛锌交换位的骨架铝脱出较难，脱铝导致分子筛的酸性减弱．高温水蒸气处理后的HZSM-5和ZnHZSM-5催化剂的丙烷反应活性都降低，在ZnHZSM－5上丙烯的选择性增加，反映了具有脱氢活性的锌的强L酸中心数目相对B酸中心减少较少，进一步说明了处于离子交换位的锌离子对骨架铝有保护作用     

HZSM-5分子筛焙烧脱铝的27Al MQMAS NMR研究

用29Si、27Al魔角旋转固体核磁共振(MAS NMR)结合二维多量子魔角旋转(2D MQMAS)技术对焙烧脱铝的HZSM-5分子筛中铝的配位状态进行了研究.结果表明,HZSM-5分子筛经焙烧后,在化学位移(δ)45处出现一宽峰信号,其主要来自扭曲四配位铝.通过二维三量子铝谱计算出扭曲四配位铝的四极作用常数约为5.2 MHz.对700和750 ℃焙烧样品的铝谱进行分峰拟合,发现在δ 30处又出现一个小峰,归属为非骨架五配位铝.同时,在750 ℃焙烧样品的二维多量子铝谱中直接观察到非骨架五配位铝的信号.焙烧温度低于700 ℃,脱铝不明显；高于700 ℃,引起分子筛骨架的显著脱铝.焙烧还造成部分骨架铝的信号变得“不可观测”.     

气固相法制备含钛丝光沸石

以脱铝丝光沸石为母体,采用气固相法合成了含钛丝光沸石,ＩＲ及ＵＶ－Ｖｉｓ光谱表明,以浓ＨＮＯ３深度脱铝样品,钛进入沸石骨架,且以四配位形式存在,具有较好的环己烯环氧化性能;而以稀ＨＮＯ３处理的样品,进入骨架的量较少,大部分以非骨架钛形式存在,环己烯环氧化性能较差。     

碳四烃在改性HZSM-5分子筛上芳构化研究

研究了炼厂混合C_4烃在Zn、Ga、Cr、La改性的HZSM-5分子筛催化剂上的芳构化反应,采用TPD和IR测定了催化剂的表面酸性质。结果表明,用Zn(3%)和Zn(2%)Ga(1%)改性的HZSM-5分子筛具有较好的芳构化性能;各改性HZSM-5分子筛催化剂芳构化性能变化与表面酸性有关,总酸量下降,芳构化活性下降,强B酸中心减少,深度裂解反应减少;Zn的单组分和双组分改性的HZSM-5分子筛催化剂芳构化活性的增高与表面强L酸浓度增加和吡啶吸附IR谱中的1615cm~(-1)吸收峰出现有关。     

Adsorption properties of oxidized gallium-modified zeolite ZSM-5 from diffuse-reflectance IR-spectroscopic and quantum-chemical data: II. Interaction with carbon monoxide and water

Diffuse-reflectance IR spectroscopy was used to study the adsorption and subsequent high-temperature transformations of water and carbon monoxide molecules on the oxidation-treated gallium-modified zeolite Ga/HZSM-5. The results were correlated with the corresponding quantum-chemical calculation data. Usually, it is thought that the oxo ions [Ga=O]⁺ are formed in the oxidation of Ga/HZSM-5. Based on the experimental and calculated data, the possible reactions of the gallium oxo ions with the above molecules are considered. The oxo ions were found highly reactive, and it is likely that polynuclear gallium oxide nanoclusters were formed in the oxidation of the gallium-substituted zeolite Ga/HZSM-5. The Ga⁺ ions, which appeared in the course of Ga/HZSM-5 reduction, were partially oxidized by water at 573 K; in turn, this could initiate the formation of polynuclear nanoclusters. It was found that ～25% of the Ga⁺ ions were oxidized in the interaction with water to liberate molecular hydrogen. The thermal reduction of a nitrous oxide-preoxidized Ga/HZSM-5 sample with carbon monoxide was studied, and a conclusion on dissimilar states of oxygen bound to gallium was drawn.     

On two alternative mechanisms of ethane activation over ZSM-5 zeolite modified by Zn2+ and Ga1+ cations

The activation of ethane over zinc- and gallium-modified HZSM-5 dehydrogenation catalysts was studied by diffuse reflectance infrared spectroscopy. Hydrocarbon activation on HZSM-5 modified by bivalent Zn and univalent Ga cations proceeds via two distinctly different mechanisms. The stronger molecular adsorption of ethane by the acid-base pairs formed by distantly separated cationic Zn2+ and basic oxygen sites results already at room temperature in strong polarizability of adsorbed ethane and subsequent heterolytic dissociative adsorption at moderate temperatures. In contrast, molecular adsorption of ethane on Ga+ cations is weak. At high temperatures dissociative hydrocarbon adsorption takes place, resulting in the formation of ethyl and hydride fragments coordinating to the cationic gallium species. Whereas in the zinc case a Br?nsted acid proton is formed upon ethane dissociation, decomposition of the ethyl fragment on gallium results in gallium dihydride species and does not lead to Br?nsted acid protons. This difference in alkane activation has direct consequences for hydrocarbon conversions involving dehydrogenation.     

Zn-P复合改性HZSM-5在线催化热解获取生物油的研究

为进一步提高精制生物油的制取效率和燃料品质,采用Zn和P对HZSM-5分子筛进行复合改性,使用XRD、SEM EDS、ICP-AES、BET等方法表征改性HZSM-5分子筛,考察了Zn、P改性对精制生物油理化特性和液相产物的化学组成以及对HZSM-5抗结焦性能的影响。结果表明,Zn、P在HZSM-5表面负载均匀,Zn、P改性未影响HZSM-5的晶体骨架结构,改性HZSM-5的比表面积随着Zn负载量的上升而减少;Zn负载量为3%时,催化热解得到的精制生物油含氧量为10.67%,热值为36.76 MJ/kg,pH值为5.85,精制生物油品质得到显著提升;液相产物中酸类、醛类和酮类等不期望物质相对含量显著下降,芳香族化合物相对含量显著增加,芳香族化合物相对含量为91.93%,其中,芳香烃为74.63%;HZSM-5因负载P使得其相对结焦量明显降低,显著增强了HZSM-5的稳定性;Zn改性促进了氢原子转移和碳正离子的形成,有利于提高HZSM-5分子筛的芳构化性能。     

Fe3+ concentration dependence of photoacoustic absorption spectroscopy on ZnGa2O4 ceramic powders

In this paper we present the photoacoustic spectroscopy of ZnGa2O4 with 5 and 10% of Fe3+. The ZnGa2O4 is a normal spinel, with Zn2+ ions in tetrahedral sites and Ga3+ ions in octahedral sites. It is expected for these hosts that Fe3+ ions occupy Ga3+ sites. Therefore, the optical properties would be associated to an octahedral symmetry. The energy levels were identified and the crystal field and electronic interaction parameters calculated with Tanabe-Sugano matrices for d5 configuration. We have also studied the dependence of the photoacoustic signal amplitude on the excitation light modulation frequency. Our results indicate that thermal expansion is the predominant phenomenon for the photoacoustic signal generation.     

ZnHZSM-5上丙烷芳构化的研究-丙烷的活化

研究了HZSM－5、ZnHZSM－5和ZnNaZSM－5上的羟基振动光谱和一氧化碳吸附的红外光谱，以及丙烷的芳构化反应．红外光谱中发现表征强B酸的3610cm－1羟基振动峰相对强度由于锌离子的引入和浸渍氢氧化钠而减小，说明了锌离子和钠离子均进入了分子筛的阳离子位；一氧化碳在锌离子上的吸附峰位在2232cm－1，说明进入阳离子位的锌离子是一种强L酸．反应结果表明，锌离子的引入大大地促进了丙烷的转化和芳烃选择性的提高；在一定范围内，随浸渍氢氧化钠量的增加，丙烷转化率下降，而丙烯的选择性和产率增加，说明了锌组份直接参与了丙烷的脱氢过程．Zn－L酸是丙烷活化脱氢的中心，丙烷在该中心上异裂活化直接脱氢．     

ROLE OF Ga AND Pt-Ga IN THE CONVERSION OF PROPANE OVER Ga/HZSM-5 AND Pt-Ga/HZSM-5

为获得较高的Ｃ２选择性，在加水（水蒸气）条件下，研究了添加ＣａＯ对甲烷氧化偶联Ｌａ２Ｏ３催化剂的影响。发现ＣａＯ的添加提高了Ｌａ２Ｏ３催化剂的活性，同时水的添加明显地提高了催化剂的Ｃ２选择性。在加水条件下，Ｌａ２Ｏ３－ＣａＯ催化剂获得了较好的结果，其ＣＨ４转换率为２０％，Ｃ２选择性超过８０％。利用ＸＲＤ和ＸＰＳ技术对催化剂进行了表征，并对加水和不加水条件下的催化剂性能与结构变化的关系进行了讨论     

钾改性对Au/ZSM-5催化剂上正丁烷裂解性能的影响

采用负压沉积沉淀法制备了负载型Au/HZSM-5催化剂,采用X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）、Ｘ射线光电子能谱（XPS）、NH3-TPD、紫外可见漫反射（UV-vis）等技术对催化剂进行了表征分析,并考察了催化剂对正丁烷裂解性能的影响。结果表明,Au金属成功负载到HZSM-5催化剂上,并且金颗粒的尺寸受负载量的影响,其中1.0%Au/HZSM-5催化剂中的金颗粒粒径最小,约为5～10nm。钾离子作为一种碱性离子可以调节载体酸性,随着K离子的引入xK-Au/HZSM-5催化剂的酸性逐渐降低,使Au0的电子结合能更高。相对于HZSM-5,2.0Au/HZSM-5催化剂对于正丁烷的转化率从13.1%提升到了37.5%,对丙烯的选择性从17.2%提升到了52.5%。随着K离子的引入,催化剂对于丁烯以及异丁烷的选择性有所提高,当K离子负荷为0.08%时,对丁烯的选择性从3.8%提高到36.9%,负荷为0.1%时,对异丁烷的选择性由2.8%提升到51.8%。但原料转化率低于2.0Au/HZSM-5,这可能与K的加入降低催化剂酸改性有关。此外通过研究Au/HZSM-5用K+修饰得知Au+离子是Au/HZSM-5催化剂转化正丁烷主要活性中心。     

Characterization and Activity of Cr, Cu and Ga Modified ZSM—5 for Direct Conversion of Methane to Liquid Hydrocarbons

Direct conversion of methane using a metal-loaded ZSM-5 zeolite prepared via acidic ion exchange was investigated to elucidate the roles of metal and acidity in the formation of liquid hydrocarbons. ZSM-5 (SiO2/A12O3=30) was loaded with different metals (Cr, Cu and Ga) according to the acidic ion-exchange method to produce metal-loaded ZSM-5 zeolite catalysts. XRD, NMR, FT-IR and N2 adsorption analyses indicated that Cr and Ga species managed to occupy the alllmlnum positions in the ZSM-5 framework. In addition, Cr species were deposited in the pores of the structure. However, Cu oxides were deposited on the surface and in the mesopores of the ZSM-5 zeolite. An acidity study using TPD-NH3, FT-IR, and IR-pyridine analyses revealed that the total number of acid sites and the strengths of the BrSusted and Lewis acid sites were significantly different after the acidic ion exchange treatment.Cu loaded HZSM-5 is a potential catalyst for direct conversion of methane to liquid hydrocarbons. The successful production of gasoline via the direct conversion of methane depends on the amount of aluminum in the zeolite framework and the strength of the BrSnsted acid sites.