在稀土改性的ZSM-5沸石催化剂上甲苯歧化选择生成对二甲苯的研究

本文研究了ZSM-5沸石催化剂用稀土元素(La~(3 )、Ce~(3 )、Pr~(3 )、Nd~(3 ))以及混合稀土浸渍改性处理后对甲苯歧化反应的催化性能。实验结果表明:上述四种稀土元素改性处理后的催化剂的甲苯转化率均随着载入量的增加而下降,而对二甲苯的选择性都有所提高。在浸渍法制备的La-ZSM-5沸石催化剂上,甲苯歧化生成对二甲苯的选择性可达80%。试验还指出,单独用磷改性的ZSM-5沸石催化剂的活性较低。再用稀土对PZSM-5催化剂改性,可使甲苯转化率从18%提高到30%。这是由于三价稀土元素可提供较多的质子酸中心。也是由于载入的磷和稀土元素对催化剂孔口和孔道尺寸有影响,从而改变了反应组份在分子筛中的扩散性质,提高了催化剂在生成对二甲苯时表现出的择形选择性。在一组用二种元素如磷-稀土、磷-镁和磷-镧改性的ZSM-5沸石催化剂中,评选出了对甲苯歧化反应具有较高活性和选择性的磷-镧改性催化剂,甲苯转化率为17%时,对二甲苯选择性可达90%左右。并且研究了反应条件对活性、选择性和反应产物的分布。在常压临氢条件下用该催化剂连续反应24小时,其活性稳定,转化率基本不变。     

CaO对ZSM-5沸石选择性催化作用的影响

为了进一步闸明ZSM-5沸石的选择性催化作用,本文利用CaO对其改性,从实验和理论计算方面探讨对二甲苯选择性的变化,得到一些有意义的结果。(一)实验及结果ZSM-5沸石原粉,经HCl交换成HZSM-5沸石,再和CaO按一定比例混合在一定温度下焙烧数小时,即为改性的催化剂HZSM-5-CaO。     

中孔分子筛上择形烷基化反应的研究——Ⅰ.反应条件对甲苯甲醇择形烷基化反应的影响

早期的研究表明沸石催化剂能有效地促进烷基化反应,自中孔ZSM-5沸石分子筛问世以来,不少文献报导了用改性的ZSM-5分子筛做健化剂可使反应产物中对二甲苯选择性大大提高。而未改性的HZSM-5催化剂则一般不具有对位选择性。 SAPO-11分子筛是联合碳化物公司于1984年推出的一种新型的磷酸铝分子筛,它的催化性能和物化性质引起人们的普遍关注。     

合成气在铁锰/沸石催化剂上合成低碳烯烃的研究——Ⅱ.碱改性ZSM-5担载Fe-MnO催化剂反应性能的考察

本文首次采用碱改性处理ZSM-5沸石,降低其酸性,以抑制低碳烯烃在ZSM-5沸石酸中心上的二次反应,结果大大提高了C_2~=—C_4~=选择性。尤其是经NaN_3强碱固相改性ZSM-5担载的Fe-MnO催化剂可得52％的低碳烯烃选择性。考察了金属活性组分调变对催化剂性能的影响,表明不同碱改性的催化剂中MnO助烯烃选择性作用也有差异。通过NH_3-TPD、吡啶-IR,CO_2-TPD和~(29)Si-NMR对催化剂表征表明,碱改性消除了ZSM-5强酸中心,大幅度降低了弱酸中心;提高了催化剂体系碱性及SiO_4四面体周围电子云密度。并对催化剂的活性及烯烃选择性随ZSM-5的碱改性不断提高的规律性作了解释。     

合成气在铁锰/沸石催化剂上合成低碳烯烃的研究 Ⅲ.碱改性ZSM-5沸石担载Fe-MnO催化剂的强碱作用及MnO助剂的作用

利用TPR,Mssbauer谱等技术研究了ZSM-5沸石的碱改性及MnO等因素对铁-锰/沸石催化剂中铁的还原过程及难易程度的影响。随改性ZSM-5沸石碱性的增强,金属活性组分TPR耗氢峰温向高温方向位移,即还原过程发生变化,铁变得更难被还原。首次研究了担载型Fe-MnO催化剂中MnO的助剂作用,表明分子筛担载型催化剂中MnO是铁还原的促进剂。解释了碱改性ZSM-5担载Fe-MnO催化剂中影响催化活性的各种因素,并与实验结果进行了关联。     

在改性ZSM-5沸石上从甲醇合成低碳烯烃

沸石的改性可以扩大沸石的用途及提高目的产物的选择性.我们采用经过P,Mg,La,Th,Mn,W,Pd,Zn等改性的ZSM-5沸石,提高了从甲醇含成低碳烯烃的收率和乙烯的选择性.在磷改性的ZSM-5催化剂上,乙烯的选择性达45％(重),C_2—C_4收率为89％(重);在MgHZSM-5催化剂上,丙烯选择性达61％(重),C_2—C_4为95％(重).本文介绍了一种新改质剂—Al,及其Al_2O_3—ZSM-5催化剂的反应性能.     

改性氧化硅-氧化铝和丝光沸石催化剂上的二甲苯异构化

非晶质的氧化硅-氧化铝和晶质的丝光沸石催化剂的表面上都有表面OH。可用硅烷偶联剂进行表面改性。由于催比剂的孔径不同以及硅烷偶联剂分子尺寸差异,对氧化硅-氧化铝的改性是在整个内、外表面上进行;而对丝光沸石,由于偶联剂分子不能进入沸石的内孔道中,所以这种改性只能在沸石窗口及外表面上进行。另外,沸石催化剂上酸量适中,酸中心分布较为理想,所以改性的沸石催化剂的选择性,总是比硅铝催化剂有较大增高。改性用的硅烷偶联剂以二甲基二乙氧基硅烷较为适宜。改性后的非晶质硅铝催化剂的对二甲苯选择性由14.6增到34.0%,晶质丝光沸石催化剂改性后由33.3增到43.7%。增加催化剂用量可提高对二甲苯的摩尔百分数到23%,接近它的理论值。     

HZSM-5,Co/ZSM-5及Ni/ZSM-5分子筛催化选择性研究(Ⅲ)——甲苯烷基化和间二甲苯异构化的量化处理

根据Kaeding等提出的以HZSM-5作催化剂的甲苯烷基化机理和Guisnet等提出的以HZSM-5作催化剂的间二甲苯异构化机理,用CNDO/2法计算了HZSM-5、Co/ZSM-5、Ni/ZSM-5通道中不同σ络合物的总能量,从理论上解释了HZSM-5和Co、Ni改性的ZSM-5催化剂提高对二甲苯选择性的原因。描述了HZSM-5通道及金属原子在催化反应中的作用。     

ZSM-5分子筛催化乙醇脱水制乙烯反应机理

正乙烯是有机化工和石油化工最重要的基础原料。目前,乙烯主要来源于石油裂解。生物质乙醇制乙烯以及高级烃类化合物受到了学术界和工业界的关注~(1–3)。与传统的乙醇脱水制乙烯的氧化铝催化剂相比,沸石分子筛,尤其是ZSM-5或改性ZSM-5,具有更高的乙烯选择性和低温反应活性~(4,5)。乙醇脱水的第一步就是乙烯的生成,随后乙烯的     

大晶粒ZSM-5分子筛的合成及其催化性能的研究

ZSM-5分子筛对许多正碳离于反应有优异的择形催化性能。近年来的研究表明,ZSM-5沸石的晶粒大小对其催化活性、选择性和稳定性有显著影响。如对甲苯歧化、甲苯与甲醇的甲基化反应,大晶粒ZSM-5分子筛对生成对二甲苯有较高的选择性。对于二甲笨液相异构化反应,小晶粒ZSM-5沸石具有较高的催化活性和选择性。我们用“直接法”合成了大晶粒(34×116μ)ZSM-5沸石分子筛,比较了不同晶粒大小ZSM-5分子筛催化剂在一些反应中的催化性能。大晶粒ZSM-5分子筛系不用有机胺,直接用水玻璃、硫酸铝、硫酸为原料合成的。用光学显微镜、扫描电镜观察所得分子筛的晶粒外形和大小,取5—6个有代表性的晶粒计算其平均尺寸。用BET重量法测定分子筛对正己烷、环己烷和水的吸附量。用X—射线衍射分析样品的物相。在160—200℃温度范围内考察了晶化温度对晶粒大小的影响,所得结果如表1。     

不同晶粒ZSM-5沸石分子筛对合成气羰基化反应性能的影响

对沸石分子筛而言,分子筛的孔道、孔径、孔容和微孔等物理性质和酸性影响它的活性.通过调节和控制以上物理性质能够提高产物选择性和收率,降低副产物,从而促进反应性能提高活性.我们考察了ZSM-5分子筛的晶粒度和硅铝比对合成气羰基化反应性能的影响.结果表明,晶粒度小及具有一定比例的中强酸中心的ZSM-5沸石分子筛对反应有利,但晶粒度比较大即1和3μm的ZSM-5沸石分子筛目标产物选择性比较低.纳米级的ZSM-5沸石分子筛催化剂在反应中表现出较高的活性及较低的副产物选择性,是适宜的合成气羰基化反应催化剂载体.温度考察结果可知,反应温度为300℃时,效果为最佳.其中, 30～50 nm的ZSM-5沸石分子筛催化剂CO转化率为55%,乙酸甲酯和甲酸甲酯选择性之和为52%,而晶粒度3μm时, CO转化率仅为25%,乙酸甲酯和甲酸甲酯选择性之和为20%,是30～50 nm沸石分子筛的一半.当反应继续升温时,副产物的选择性也随之增加,是因为所生成的中间产物和甲醇等继续进行各种反应生成二甲醚、芳烃、烷烃以及裂解生成CO_2等干气.     

HZSM-5沸石上的甲苯乙基化反应

对一甲乙苯是新型塑料聚甲基苯乙烯的重要原料.过去用AlCl_3催化剂只能得到热力学平衡组成的产物,其中含对-甲乙苯约30％.近年来,美国Mobil公司采用改性ZSM-5沸石催化剂,使产物对-甲乙苯含量高达97％.为了开发利用国产ZSM-5沸石,我们对南开大学用“直接法”、中国科学院大连化学物理研究所用四丙基溴化铵合成的样品以及美国Mobil公司的样品(分别称为NK-,DL-,MB-ZSM-5沸石)进行了甲苯乙基化反应的性能比较,并对HZSM-5沸石的催化性能和物化性质的关联进行了探讨.     

碱金属化合物改性ZSM-5沸石的择形催化作用

经碱金属化合物改性的HZSM-5分子筛,能提高甲苯烷基化生成对二甲苯的选择性,降低二甲苯异构化活性。改性后沸石的表面总酸度下降,酸强度减弱,孔结构变化不明显。     

合成乙苯ZSM—5催化剂的FT—IR研究

ZSM-5沸石由于具有独特结构,作为新型的择形催化剂广泛应用于石油化工催化反应中.人们普遍认为这些催化反应是由于沸石的酸中心引起的,尤其是B酸中心,因此对此做了较多的研究.我们选用不同反应时间,苯与乙烯气相烷基化合成乙苯ZSM-5催化剂,用吡啶吸附方法研究了ZSM-5催化剂的酸性,结合催化剂活性考察数据,得到了一些有意义的信息.     

热重法研究甲醇在沸石催化剂上转化为低级烯烃过程中的积炭行为

在程序升温条件下,用热重法考察了三种不同孔道构形沸石催化剂在甲醇转化为低碳烯烃反应过程中的积炭行为,以及经磷、镁、锰和锌的化合物改质的 ZSM-5沸石催化剂在该反应过程中的抗积炭能力。结果表明:沸石的积炭倾向不仅与孔道结构有关,而且还与其强酸部位的酸度有关。对改质ZSM-5而言,除锌改质物外,其余的抗积炭能力都比氢型 ZSM-5有所提高,沸石的改质改善了催化剂的稳定性和选择性。     

沸石载体结构对甲烷无氧芳构化性能的影响

考察了担载MoO₃的沸石催化剂上甲烷的无氧芳构化性能,并与沸石结构相关联.结果表明,孔径与苯分子动态直径相当的ZSM-5、ZSM-8、ZSM-11和β沸石等是甲烷无氧芳构化催化剂的良好载体,其中3%MoO₃/HZSM-11具有最高的甲烷芳构化活性和稳定性,973K下的转化率和苯选择性分别为8.0%和90.9%;6%MoO₃/HZSM-8与7%MoO₃/H-β芳构化性能相当.以HMCM-41和HSAPO-34为载体时芳构化活性很低,以HMOR、HX和HY为载体时仅有少量乙烯生成,而以HSAPO-5和HSAPO-11为载体时未检测到烃类生成.     

沸石催化剂上甲醇转化为低碳烯烃的研究 1.改性沸石催化剂的选择性和稳定性的考察

甲醇转化为低碳烯烃催化剂的选择性,可通过由有机胺(79-2系列)或无机氨(HZ-29系列)合成的中孔ZSM-5沸石以及小孔毛沸石和毛沸石-菱钾沸石(HE-1和HSW)的改性而提高。经P(HZ-29-P)或Mg(79-2-Mg)改性的沸石催化剂相应具有高乙烯或高丙烯及低碳烯烃选择性;经改性后的两类小孔沸石(HE-1-Zn 和SW-2)都得到了高乙烯及丙烯选择性和高C_2~-/C_3~-比。改性前后的沸石催化剂经吸附容量、吸附氨TPD、吸附吡啶IR 等测定结果表明,沸石改性后引起的通道收缩及表面强酸中心数的减少是提高选择性的关键。和H 型的对比,在经改性后的沸石催化剂上结炭量都明显下降,其中以HZ-29-P 结炭最少,且此催化剂能够经受30次以上的再生试验。     

金属氧化物改性的HZSM-5上甲苯与甲醇的烷基化反应

 考察了La2O3,MgO以及La2O3-MgO复合改性的HZSM-5催化剂的孔结构、表面酸性和吸附性能,以及它们在甲苯与甲醇烷基化反应中的催化性能. 未经改性的HZSM-5上甲苯甲基化反应产物组成为热力学平衡组成,而改性后的催化剂上目标产物对二甲苯选择性提高,但反应活性下降. La2O3改性使HZSM-5孔径缩小,孔道变窄,强酸和弱酸酸量均降低,目标产物选择性明显提高; MgO主要分布在沸石外表面和孔口,因而MgO改性的HZSM-5孔口尺寸稍有缩小,另外强酸酸量减少,弱酸酸量略有上升,对二甲苯选择性略有提高; 而La2O3-MgO复合改性的催化剂上对二甲苯选择性显著提高,达到93%. 结果表明,反应的对位选择性是孔径和表面酸性同时调变的结果,孔径效应比酸性分布对催化剂的对位选择性影响更大.     

五氧化二铌在沸石表面的分散和助剂效应

采用固-固研磨焙烧方法制备了分散型的Nb_2O_5/ZSM-48催化剂母体,XRD和SEM鉴定结果表明,在一定负载量内,Nb_2O_5可均匀地分散于ZSM-48沸石载体表面。由于Nb_2O_5的引入,改变了载体表面性质,同时也改善了Fe-K-Nb_2O_5/ZSM-48催化剂的还原及对CO和H_2的吸附性能,其结果促进了一氧化碳加氢反应的进行和低碳烯烃反应产物的生成,同时提高了催化剂的稳定性。     

高硅ZSM-5沸石孔道和酸性的协同调控及其催化甲醇制丙烯反应性能

通过碱处理结合铬改性策略实现了对高硅 ZSM-5沸石孔道和酸性的协同调控, 制备出了一种具有适宜酸性的高硅多级孔沸石催化剂。在碱处理的过程中, 通过精细调节合成凝胶组成, 在沸石晶体中引入的丰富共生界面, 诱导了介孔的形成, 从而打破了沸石硅铝比对常规碱处理法的限制。在铬改性的过程中, 独特的多级孔结构促进了铬在催化剂中的分散, 从而实现了对酸性的深度改性。在甲醇制丙烯催化反应中, 制备的催化剂表现出了极佳的催化稳定性以及很高的丙烯和总低碳烯烃选择性。