丙烯在ZSM-5沸石上齐聚反应的研究Ⅰ. 模板剂用量对丙烯齐聚反应的影响

考察了不同正丁胺(NBA)模板剂用量合成ZSM-5沸石的物化特性和催化性能.采用XRD、SEM、NH3-TPD和BET等手段对合成样品的物化特性进行了表征.结果表明,模板剂与SiO2摩尔比在0.67～0.22时合成的ZSM-5沸石结晶度高于90%;随着模板剂用量的减少,ZSM-5沸石的平均粒径减小,强酸量也存在相同的趋势.丙烯齐聚反应评价结果显示,模板剂用量对合成ZSM-5沸石的催化活性有显著影响,模板剂与SiO2摩尔比在0.67～0.45之间合成的沸石催化性能较好.     

单一微孔模板剂一锅法制备多级结构ZSM-5沸石

以微孔模板剂四丙基氢氧化铵为单一模板剂,采用一种温和的低温水热一锅法工艺,成功制备出多级结构ZSM-5沸石(HSZs)。与传统的双模板法和后处理法相比,这种结合了沸石生长与后刻蚀于一体的新方法,不仅减少了模板剂的用量及二次酸/碱刻蚀、煅烧造成的环境污染,同时也极大地简化了合成工艺。利用XRD, N2吸附, SEM, TEM, XRF,27Al NMR与NH3-TPD等测试手段对合成的HSZs进行了全面表征,并提出了一种“成核/生长-刻蚀/再晶化”的形成机理。与传统ZSM-5沸石相比,这种具有均一梭型形貌的HSZs具有高的水热稳定性,并在三异丙苯催化裂解的探针反应中表现出优异催化性能和较长使用寿命。     

单一微孔模板剂一锅法制备多级结构ZSM-5沸石（英文）

以微孔模板剂四丙基氢氧化铵为单一模板剂,采用一种温和的低温水热一锅法工艺,成功制备出多级结构ZSM-5沸石(HSZs).与传统的双模板法和后处理法相比,这种结合了沸石生长与后刻蚀于一体的新方法,不仅减少了模板剂的用量及二次酸/碱刻蚀、煅烧造成的环境污染,同时也极大地简化了合成工艺.利用XRD,N2吸附,SEM,TEM,XRF,27Al NMR与NH3-TPD等测试手段对合成的HSZs进行了全面表征,并提出了一种"成核/生长-刻蚀/再晶化"的形成机理.与传统ZSM-5沸石相比,这种具有均一梭型形貌的HSZs具有高的水热稳定性,并在三异丙苯催化裂解的探针反应中表现出优异催化性能和较长使用寿命.     

以异丙胺为模板剂合成ZSM-23分子筛

系统考察了异丙胺-硅溶胶-偏铝酸钠-水体系中合成ZSM-23分子筛的影响因素.结果表明,当投料SiO2/Al2O3比为60～150时能够合成出晶相单一、结晶度良好的ZSM-23分子筛.SiO2/Al2O3比、模板剂用量、体系的碱度以及水量均能影响合成产物的晶型.同时模板剂用量和SiO2/Al2O3比对ZSM-23分子筛的形貌影响很大.在优化的条件下,稳定合成了不同形貌的ZSM-23分子筛.     

含锆ZSM-5分子筛上丙烯齐聚反应的研究

以正丁胺(NBA)为模板剂，通过水热法直接合成了Zr/ZSM-5分子筛。XRD分析表明Zr/ZSM-5分子筛结晶度良好，但衍射峰的强度稍有差别。SEM显示样品分子筛表面规整，为3 μm～5 μm的棒状晶体。采用NH3-TPD法对分子筛进行了酸性测试，结果表明，在锆质量分数0.2%～1.2%，分子筛的中强酸和强酸量随锆质量分数的增加而增大，并向高温方向偏移。丙烯齐聚催化反应的活性评价结果显示，中强酸和强酸的量对Zr/HZSM-5催化性能有显著影响，在反应过程中对链的增长起促进作用。     

硅胶原位合成ZSM-5分子筛及其催化性能的研究

以正丁胺为模板剂,采用水热晶化法在固体硅胶小球上原位合成了ZSM-5分子筛。考察了晶化温度、晶化时间、初始凝胶硅铝比及H2O/ SiO2、BuNH2/ SiO2、OH-/SiO2对ZSM-5相对结晶度的影响,得到了ZSM 5的合成化学规律。采用XRD、SEM、FT IR及N2吸附手段对固体硅胶小球上原位合成的复合结构分子筛进行了表征。结果表明,这种材料具有介孔和微孔的复合结构特征,而且很好地保持了硅胶小球的形貌。以大庆VGO为原料,在重油微反装置上对该复合结构分子筛进行催化性能评价。结果表明,使用硅胶原位合成的ZSM-5分子筛可显著提高低碳烯烃选择性和收率。     

无有机模板剂条件下合成沸石催化材料

工业上广泛应用的某些沸石催化材料,如ZSM-5和β沸石,通常是在有机模板剂存在条件下合成的,但合成过程常常会造成环境污染以及CO2和氮氧化物的排放.如果能在无有机模板剂条件下合成这些材料,则不仅在基础研究上具有重要意义,而且在工业应用方面也具有经济和环保价值.本文对最近有关无有机模板剂合成沸石材料的一些突破性进展进行了综述,并重点讨论了调节起始凝胶配比、使用导向剂溶液以及使用晶种导向合成等路线.     

引导剂对合成ZSM-5沸石分子筛性能影响的研究

本文采用在无胺的凝胶体系中加入引导剂的方法合成ZSM-5分子筛催化剂。其物化性质和催化性能与用纯有机胺合成的ZSM-5分子筛催化剂相一致;考察了加入不同品种和数量的引导剂对所合成的分子筛的物化性能和催化性能的影响;在1001合成釜上进行放大试验,得到了满意的结果;这种催化剂在100ml反应器(CO+H_2两段法合成汽油)上经过4400h的运转,其活性稳定性和选择性仍然没有下降的趋势;考察了高温水蒸汽处理对催化剂的活性稳定性和芳构化的影响。     

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.     

以天然矿物为全部硅铝源低成本绿色合成ZSM-5分子筛的研究

ZSM-5分子筛被广泛地应用于催化、吸附分离、离子交换和绿色化工等领域，但目前其合成主要是以无机化学品为硅铝源，从源头来看是非绿色化的过程.我们以热活化的硅藻土和亚熔盐活化的累托土为全部硅铝源，通过调变两种矿物的加入比例调变合成体系的硅铝比，在水热合成体系中制备ZSM-5分子筛.系统地考察模板剂用量、碱度、投料硅铝比、晶化时间等合成条件对产物结构和性质的影响，并对在最优条件下合成的ZSM-5分子筛的物化性质进行了详细地表征，结果表明：以天然矿物为全部硅铝源可以合成出具有较高结晶度、晶粒尺寸约为4 μm的六面体挛晶形貌的ZSM-5分子筛，该分子筛比商业ZSM-5分子筛具有更高的水热稳定性和更优的加氢异构性能.     

Crystallization of ZSM-12 Zeolite with Different Si/Al Ratio

In this work the acid properties of a series of HZSM-12 zeolites with different Si/Al ratio were studied. The ZSM-12 crystals were synthesized by the hydrothermal method starting from a gel with the following molar composition: 20MTEA:10Na₂O:x Al₂O₃:100SiO₂:2000H₂O, with x = 0.50, 0.67, 1, 1.25 and 2, respectively. The gels were crystallized at 140^∘C for 6 days, then washed, dried and calcined to remove the MTEA template. The samples were ion-exchanged with an ammonium chloride solution and calcined again to obtain the zeolites in the acid form. The materials thus obtained were characterized by XRD, SEM, BET, TG and n-butylamine adsorption. The Si/Al ratio in the reaction mixture affects the amount of zeolite produced and the size of the particles. The XRD analysis indicated that the ZSM-12 zeolite crystallizes in a pure form only with Si/Al ratio above 33. The SEM analysis showed the presence of crystallites with very well defined prismatic shapes. The removal of the MTEA of the pores of the ZSM-12 by TG indicated that there are two kinds of internal sites occupied by MTEA inside the structure. The BET area of the ZSM-12 decreases proportionally with the crystallinity of materials. The desorption of n-butylamine showed that the acid site density is proportional to aluminum content, but the Si/Al ratio shows little influence on the relative strengths of these sites.     

液晶模板合成多级孔ZSM-5分子筛及其催化应用

以哌嗪基丙基甲基二甲氧基硅烷偶联剂(PZPMS)和阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为复合液晶模板,在水热条件下合成多级孔ZSM-5分子筛.采用XRD、 SEM、 BET、 XRF、 FT-IR和NH_3-TPD对催化剂的性能进行了表征.结果表明, PZPMS/CTAB复合液晶模板的加入可以减小颗粒尺寸,增加外表面积,有利于合成多级孔ZSM-5分子筛.加入液晶模板可以有效调整催化剂表面B酸与L酸量比例,改善催化剂表面酸性.对合成的催化剂样品在MTA反应中进行了催化性能测试,样品在反应中对芳烃表现出较高的选择性,催化寿命有不同程度的提高.     

ZSM-5分子筛催化甲醇制汽油反应中的晶粒粒径效应研究

通过调控水热合成ZSM-5凝胶液中H_2O/Si物质的量比,实现了粒径为70、200、400和650 nm四种单分散ZSM-5的可控合成。采用XRD、TEM、BET和NH_3-TPD等多种表征对其微观结构进行分析,结合催化性能评价,考察了晶粒粒径对其催化甲醇制汽油反应性能的影响机制。结果表明,整体上随着ZSM-5晶粒粒径的增加,其外比表面积减小,结晶度提高,酸量呈现出先增加后基本不变的趋势。但外表面附着小晶粒的粒径为650 nm的分子筛体现出了大的外表面积和强的酸性。ZSM-5晶粒粒径的增加整体上降低了其催化MTG反应的寿命和最高收率。晶粒粒径为70 nm时,ZSM-5体现出了96 h的催化寿命和30.8%的最高收率。晶粒粒径为650 nm样品由于其大的外比表面积和较强的表面酸性,也体现出91 h的寿命。在大晶粒ZSM-5外表面附着生长小晶粒ZSM-5,是一种制备高性能催化剂的新方法。     

ZSM-22分子筛的合成、表征及烷基化性能研究

通过不同合成方法制备聚束状、粗棒状和细棒状ZSM-22分子筛,采用XRD、SEM、BET、MAS NMR、NH_3-TPD及PyFTIR等表征手段对分子筛的形貌、织构、硅铝配位环境及酸性进行研究。以甲苯-甲醇烷基化制备对二甲苯为探针反应,考察不同形貌ZSM-22分子筛催化剂的催化性能。结果表明,不同形貌ZSM-22分子筛的晶胞参数、织构、硅铝配位环境及酸性等存在明显差异。聚束状ZSM-22分子筛由于各束之间的相互作用导致Si(4Si)配位结构发生变化,Al原子的嵌入导致T3和T4比例较高、T2较少,并表现出更多的L酸中心。在380℃反应温度下,聚束状ZSM-22分子筛催化剂在甲苯-甲醇烷基化反应转化率为16.7%时,对二甲苯选择性达到76.1%。     

Direct synthesis of ordered mesoporous ZSM-5 zeolites from in situ crystallization of carbonaceous SBA-15

Two types of ordered mesoporous ZSM-5 zeolites with different mesopores were synthesized by a two-step method. First,carbonaceous SBA-15 was produced by in situ carbonization of SBA-15/P123 composite. Then the obtained SBA-15/C composite was transformed into crystallized mesoporous ZSM-5 by impregnation TPAOH followed by steam-assisted crystallization. The final calcined samples synthesized with typical SBA-15/P123 precursor showed a wormlike morphology with the mean mesopore size of 4.6 nm, while samples synthesized with the addition of trimethylbenzene as swelling agent in the precursor exhibited the morphology of microsphere with the mesopore size of about 9.5 nm. Both two types of mesoporous ZSM-5 zeolites exhibited large surface area and mesopore structure. The steam-assisted crystallization(SAC) was performed with lower consumption of solvents. This two-step method may also be suitable for synthesizing other ordered mesoporous zeolites used as catalysts in some catalytic processes.     

多级孔ZSM-5分子筛的制备及催化噻吩烷基化性能研究

用不同浓度的Na₂CO₃溶液处理ZSM-5分子筛,采用XRD、XRF、SEM、N₂吸附脱附及NH₃-TPD方法对处理前后的ZSM-5分子筛进行表征,并考察了Na₂CO₃溶液处理对ZSM-5分子筛孔结构、酸性以及噻吩烷基化性能的影响。结果表明,Na₂CO₃溶液处理在保持ZSM-5分子筛微孔骨架结构的同时,增加了ZSM-5分子筛的比表面积、外表面积和介孔体积,并调变了酸性。Na₂CO₃溶液处理提高了ZSM-5分子筛催化剂的噻吩烷基化活性和噻吩选择性。一定反应条件下,随着Na₂CO₃溶液浓度增加,多级孔ZSM-5分子筛的噻吩烷基化性能逐渐提高,而噻吩选择性先增加后下降。当Na₂CO₃溶液浓度为2 mol/L时,分子筛的噻吩转化率和噻吩选择性分别为81.26 %和73.15%。当Na₂CO₃溶液浓度为3 mol/L时,噻吩转化率和选择性分别为90.57 %和72.59%。     

ZSM-5分子筛的粒径可控合成及其在甲醇转化中的催化作用

以四丙基氢氧化胺为模板剂、聚乙二醇为添加剂,水热合成了粒径在0.1～14 μm且分布均一的ZSM-5分子筛,并采用XRD、SEM、BET、Py-IR、NH₃-TPD和ICP等技术对其进行了表征,考察了不同粒径分子筛在甲醇转化制碳氢化合物反应中的催化作用。结果表明,通过调变PEG添加量、硅源种类和水含量以及控制陈化和晶化条件,可以在较大范围内调变分子筛晶粒尺寸。随着粒径的减小,ZSM-5晶粒的聚集程度、比表面积和Si/Al比提高,而结晶度、BrØnsted酸浓度和总酸量有所下降。在甲醇催化转化制碳氢化合物的反应中,粒径为0.1 μm的分子筛催化稳定性最好;随着粒径的增大,其稳定性逐渐下降,粒径为14 μm的分子筛催化剂寿命明显降低。同时,粒径对甲醇转化产物分布也有较大影响;小粒径分子筛有利于生成轻质烃类(C₁～C₄),而大粒径分子筛对C₅以上烷烃和芳烃的选择性较高。     

Ultra-high-Silica ZSM-5 Zeolites: Synthesis and Properties

ZSM zeolites with silica ratios of 100–260 were synthesized with hexamethylenediamine (HMDA) as the structure former. IR spectroscopy and X-ray powder diffraction identified the products with ZSM-5 zeolites with more than 90% crystallinity. The unit cell parameters, specific surface area, and morphology were determined for zeolite samples. The composition of precursor alumina—silica gel was shown to influence the physicochemical characteristics of zeolites.     

Synthesis and Characterization of ZSM-5/β Co-Crystalline Zeolite

ZSM-5/β co-crystalline zeolites with different content of ZSM-5 have been synthesized by adding different amount of ZSM-5 to the synthetic system of β zeolite with NaAlO2, silica sol as the source of aluminum and silica, respectively, and TEA as the template under controlled condition of the synthesis. The ZSM-5/β co-crystalline zeolite was studied by XRD, SEM, BET and NH3-TPD. The reaction activity of toluene alkylation was investigated with a mixture of toluene-methanol as the feedstock in a pulse micro-reactor over the ZSM-5/β co-crystalline zeolite. It is found that ZSM-5/β co-crystalline zeolite has two kinds of zeolite structure including ZSM-5 and β zeolite, not in the form of a physical mixture. The pore structure of ZSM-5/β co-crystalline zeolites is different from that for β zeolite, ZSM-5 and their physical mixture. In addition, the peaks of both high and low temperature desorption of ammonia over the ZSM-5/β co-crystalline zeolite shift 23 ℃ to lower temperatures and the acid amount of its strong acid is 3% more than the physical mixture. So the ZSM-5/β co-crystalline zeolite produces the highest content of xylene, which is 10.4% higher than the physical mixture. And the ZSM-5/β co-crystalline zeolite has better selectivity for toluene alkylation and weaker de-methylation than β zeolite, ZSM-5 and their physical mixture.