孔口催化促进双功能催化剂上合成气制异构烷烃

随着我国国民经济的快速发展,碳基能源需求量在不断上升,能源供需矛盾日益凸显.在可再生能源替代传统化石能源之前,着手开发合成气催化转化补充石油路线获得油料和大宗化学品成为形势所需,其中的关键点之一是高效催化剂的开发以实现对产物选择性的精准调控.近年来,利用氧化物/分子筛双功能催化剂将甲醇合成和C–C偶联有效集成的催化体系开辟了合成气转化乃至C1转化的新路径.随着合成气直接制低碳烯烃和芳烃等一系列研究取得重大进展,合成气定向转化为高品质汽油作为C1化学领域另一极具挑战性的研究课题也受到了科研工作者们的广泛关注.然而,目前对氧化物/分子筛双功能催化剂体系中异构烷烃的形成机理尚不明确,与传统的分子筛负载费托合成催化剂之间的性能差异还缺乏系统的研究.基于此,本文利用水热合成法制备了三种具有不同微孔尺寸的一维SAPO分子筛(SAPO-41、SAPO-11和SAPO-5),分别与尖晶石结构的ZnAlOx氧化物耦合,并将其应用于合成气制汽油反应中.结果表明,以具有中等微孔尺寸的SAPO-41和SAPO-11分子筛作为C–C偶联功能组分时,合成气直接转化产物中C5–C11选择性分别高达71％和79％,且该馏分以异构烷烃产物为主.其中ZnAlOx/SAPO-11催化剂上异构烷烃与正构烷烃的比例(C0iso/C0n)达到13.相较于ZnAlOx/SAPO-11,ZnA-lOx/SAPO-41催化剂在反应4 h后迅速失活,反应稳定性较差.在优化ZnAlOx/SAPO-11催化剂性能后,分别从产物分布、活性和稳定性三方面入手,将其与经典的Co/H-meso-ZSM-5催化剂进行对比分析.结果表明,Co/H-meso-ZSM-5在低温下仍具有较强的CO活化能力,产物中C5–C11选择性可达70％,但C0iso/C0n仅为2.3.此外,由于钴基催化剂的加氢能力较强,甲烷选择性较高.在稳定性方面,虽然二者均有不同程度的失活,但ZnAlOx/SAPO-11催化剂在反应100 h后,C5–C11选择性依然保持在75％左右,而Co/H-meso-ZSM-5上C5–C11选择性降至64％.通过对ZnAlOx/SAPO-11催化剂上产物的细致分析,发现异构烷烃以单支链的异构体为主.结合正丁烷和异丁烷的等温吸附实验以及的动力学尺寸,推断异构烷烃的形成遵循孔口催化机理,即线性烃类的异构化只能在SAPO-11分子筛的孔口附近发生.生成单支链碳氢化合物是孔口催化的一个特征.由于单支链烷烃相对于双支链烷烃不易裂解,因而生成的单支链C5–C11异构烷烃在ZnAlOx/SAPO-11催化剂上稳定存在,抑制了裂解副反应的发生.综上所述,本文发展了一类氧化物/分子筛双功能催化剂用于转化合成气直接制C5–C11异构烷烃,证实了异构烷烃的生成遵循孔口催化机理,是孔口催化在合成气转化中的应用案例.同时本文系统比较了其与传统的分子筛负载费托合成催化剂之间的性能差异,为设计双功能催化剂实现特定目标产物的选择性合成提供了研究思路.     

孔口催化促进双功能催化剂上合成气制异构烷烃

随着我国国民经济的快速发展,碳基能源需求量在不断上升,能源供需矛盾日益凸显.在可再生能源替代传统化石能源之前,着手开发合成气催化转化补充石油路线获得油料和大宗化学品成为形势所需,其中的关键点之一是高效催化剂的开发以实现对产物选择性的精准调控.近年来,利用氧化物/分子筛双功能催化剂将甲醇合成和C–C偶联有效集成的催化体系开辟了合成气转化乃至C1转化的新路径.随着合成气直接制低碳烯烃和芳烃等一系列研究取得重大进展,合成气定向转化为高品质汽油作为C1化学领域另一极具挑战性的研究课题也受到了科研工作者们的广泛关注.然而,目前对氧化物/分子筛双功能催化剂体系中异构烷烃的形成机理尚不明确,与传统的分子筛负载费托合成催化剂之间的性能差异还缺乏系统的研究.基于此,本文利用水热合成法制备了三种具有不同微孔尺寸的一维SAPO分子筛(SAPO-41、SAPO-11和SAPO-5),分别与尖晶石结构的ZnAlOx氧化物耦合,并将其应用于合成气制汽油反应中.结果表明,以具有中等微孔尺寸的SAPO-41和SAPO-11分子筛作为C–C偶联功能组分时,合成气直接转化产物中C5–C11选择性分别高达71％和79％,且该馏分以异构烷烃产物为主.其中ZnAlOx/SAPO-11催化剂上异构烷烃与正构烷烃的比例(C0iso/C0n)达到13.相较于ZnAlOx/SAPO-11,ZnA-lOx/SAPO-41催化剂在反应4 h后迅速失活,反应稳定性较差.在优化ZnAlOx/SAPO-11催化剂性能后,分别从产物分布、活性和稳定性三方面入手,将其与经典的Co/H-meso-ZSM-5催化剂进行对比分析.结果表明,Co/H-meso-ZSM-5在低温下仍具有较强的CO活化能力,产物中C5–C11选择性可达70％,但C0iso/C0n仅为2.3.此外,由于钴基催化剂的加氢能力较强,甲烷选择性较高.在稳定性方面,虽然二者均有不同程度的失活,但ZnAlOx/SAPO-11催化剂在反应100 h后,C5–C11选择性依然保持在75％左右,而Co/H-meso-ZSM-5上C5–C11选择性降至64％.通过对ZnAlOx/SAPO-11催化剂上产物的细致分析,发现异构烷烃以单支链的异构体为主.结合正丁烷和异丁烷的等温吸附实验以及的动力学尺寸,推断异构烷烃的形成遵循孔口催化机理,即线性烃类的异构化只能在SAPO-11分子筛的孔口附近发生.生成单支链碳氢化合物是孔口催化的一个特征.由于单支链烷烃相对于双支链烷烃不易裂解,因而生成的单支链C5–C11异构烷烃在ZnAlOx/SAPO-11催化剂上稳定存在,抑制了裂解副反应的发生.综上所述,本文发展了一类氧化物/分子筛双功能催化剂用于转化合成气直接制C5–C11异构烷烃,证实了异构烷烃的生成遵循孔口催化机理,是孔口催化在合成气转化中的应用案例.同时本文系统比较了其与传统的分子筛负载费托合成催化剂之间的性能差异,为设计双功能催化剂实现特定目标产物的选择性合成提供了研究思路.     

水对两段法合成汽油中HZSM-5分子筛稳定性及油相产物的影响

模拟两段法合成汽油工艺的反应条件(360℃、2 MPa),通过控制甲醇的脱水量或在该气氛下对HZSM-5进行水热预处理,考察了水对催化剂稳定性及油相产物的影响。XRD、BET、FT-IR、SEM和NH3-TPD等表征手段表明水热预处理后的分子筛具有晶粒小、中孔多和酸强度低等特点,能显著提高汽油收率和异构烷烃选择性。甲醇在HZSM-5分子筛上发生脱水反应,产生的水热气氛造成强酸中心失活。     

分子筛催化剂上正十六烷的临氢异构化反应

 对分子筛催化剂上正十六烷的临氢异构化反应进行了研究，考察了不同分子筛催化剂的活性和选择性，并对临氢异构化反应的产物分布进行了分析．在此基础上，对正十六烷的临氢异构化反应机理进行了初步探讨．结果表明，正十六烷在中孔分子筛催化剂上的临氢异构化反应主要在分子筛外表面和孔口进行，分子筛的择形作用对异构选择性的影响有限．这与一般情况下低分子量正构烷烃在择形分子筛上的临氢异构化反应有所不同．临氢异构化反应的异构选择性主要取决于催化剂酸性组分的酸性质，弱酸和中等强度的酸对异构化反应有利，而催化剂的活性则由酸性组分中B酸中心的数量和加氢组分的活性共同决定．     

烷烃加氢异构化反应

综述了烷烃加氢异构化反应中的正碳离子异构和裂化机理、孔口与钥匙锁催化、择形催化及双分子机理,详细论述了分子筛基双功能催化剂酸性、金属、金属酸位比、孔道、晶粒尺寸和催化剂改性对烷烃加氢异构反应活性、异构选择性等的影响。论述了近期烷烃加氢异构催化剂改性的新方法。提出针对不同催化剂体系,根据反应机理提高异构催化剂活性和选择性的途径。     

EU-1分子筛的合成及其在正己烷异构化反应中的催化性能

在不同硅铝比(nSiO₂/nAl₂O₃)的合成凝胶(含纯硅凝胶)中引入晶种,合成了纯相的EU-1分子筛。研究了铝源、模板剂和晶种添加量对EU-1分子筛的结晶度、形貌尺寸等的影响;重点研究了不同硅铝比对样品结晶度、晶粒尺寸、酸性、比表面积和孔容等的影响。将合成结果绘制成了纯相EU-1分子筛的合成条件三元图,从三元图可看出,晶种法可显著扩大纯相EU-1分子筛的合成区域。将Pt/H-EU-1用于正己烷异构化反应,结果表明,该催化剂具有优异的正己烷异构化活性及稳定性,对异构烷烃有较高的选择性。     

无溶剂熔融辅助法合成SAPO-11及其在长链烷烃加氢异构反应的应用（英文）

长链正构烷烃加氢异构化是润滑油基础油生产的有效方法,可有效改善润滑油的低温物理化学性质.在具有酸位点的载体上负载具有加氢脱氢功能的贵金属制备双功能催化剂得到了广泛研究.SAPO-11分子筛具有一维的孔结构和适宜的酸度,在加氢异构反应中扮演着重要角色.根据加氢异构反应的孔口机理和锁钥机理,位于分子筛晶体外层附近的Bronsted酸位点,对正链烷烃碳骨架的异构化起主要作用.因此,优化分子筛载体的物理化学性质是提高加氢异构性能的关键.近年来,以酸或碱作为蚀刻剂的后处理方法已被广泛用于改变分子筛的物理化学性质.然而,目前的后处理方法主要涉及酸性或碱性水溶液,产生大量废水.此外,蚀刻溶液的使用也导致分子筛的低产率.鉴于此,我们提出了采用无溶剂熔融辅助合成法来处理SAPO-11分子筛,并将其应用于加氢异构反应.该方法以固体草酸作为蚀刻剂,通过与分子筛原粉机械搅拌混合均匀后,直接在水热反应釜中反应,处理过程不会有废水产生.本文以不同量的固体草酸处理原粉,处理得到的样品负载0.5 wt%Pt金属制备一系列贵金属/分子筛双功能催化剂,以正十二烷作为模型反应物,研究制备的催化剂在不同实验条件下的加氢异构化性能.XRD和SEM表征结果表明,处理前后的SAPO-11分子筛保持了高的结晶度和比较完整的形貌.XRF数据表明处理前后分子筛的元素组成变化不明显.基于特征峰的峰面积计算结果表明,处理后SAPO-11分子筛暴露出更多(002)晶面,有利于更多的分子筛孔口进行加氢异构反应.BET和Py-IR表征表明,经过草酸处理后,SAPO-11原粉颗粒内部的片状晶体的重叠部分被暴露出来,这导致处理后的样品的微孔孔容占比和Bronsted总酸量的增加.加氢异构反应数据表明,n-C12转化率随着SAPO-11分子筛样品Bronsted总酸量的增加而增加,i-C12选择性随SAPO-11分子筛样品的微孔孔容占比的增大而增大.该无溶剂熔融辅助合成法同时优化了Pt-SAPO-11催化剂的酸性质和微孔孔结构性质,提高了反应转化率和选择性,正十二烷异构体的产率从55.3%大幅提高到80.1%,催化性能显著提高.该方法在双功能催化剂加氢异构反应中具有广泛应用的前景.     

用于费托合成的骨架Co@HZSM-5核壳催化剂

以骨架Co 为内核, 通过水热合成在其表面包覆HZSM-5 分子筛膜, 制备了具有核壳结构的骨架Co@HZSM-5 催化剂. 采用元素分析、氮物理吸附、粉末X射线衍射、扫描电子显微镜、氨脱附等手段对催化剂的物理化学性质进行了表征. 在气相费托合成反应中, 骨架Co@HZSM-5 核壳催化剂显示了比物理混合的骨架Co-HZSM-5催化剂更好的催化裂解作用, 故C₅-C₁₁汽油段产物选择性高. 通过改变水热时间, 对分子筛膜厚进行了调节, 发现适当的分子筛膜厚在保证催化剂具有较高活性的前提下, 使长链费托合成产物完全裂解, 高选择性地得到汽油段产物. 提高反应温度有利于费托合成反应的进行以及分子筛上裂解效率的提高, 但产物分布向短链烃方向移动. 在水热4天制备的骨架Co@HZSM-5核壳催化剂上及反应温度为250 ℃时, 得到了最佳反应结果, 汽油段产物选择性达79%, 说明费托合成活性中心与催化裂解酸中心之间形成了良好的协同作用.     

以环己胺为模板剂的ZSM－35分子筛的合成及其催化性能

 采用环己胺为有机模板剂成功地合成出ZSM－35分子筛．反应釜的转速对ZSM－35的晶化过程有明显的影响．NH3－TPD结果显示ZSM－35的酸性分布与ZSM－5分子筛类似，但ZSM－35具有强于ZSM－5的酸性中心．酸碱浸泡试验及热分析结果表明ZSM－35具有良好的耐酸碱性和热稳定性．在连续流动的固定床反应装置上，将担载少量镍的ZSM－35分子筛催化剂用于催化裂化汽油的加氢异构化反应，结果表明，Ni／ZSM－35催化剂可降低汽油中的烯烃含量，增加异构烷烃和芳烃的含量，从而提高汽油的质量．     

ZnZr/HZSM-5复合催化剂上CO2加氢制备C5+异构烷烃

本研究将锌锆氧化物(ZnZr)与HZSM-5分子筛有效耦合制得系列ZnZr/HZSM-5复合催化剂,考察了HZSM-5硅铝比及Zn/Zr比对复合催化剂上CO₂加氢制备C₅₊异构烷烃性能的影响。结果表明,SiO₂/Al₂O₃=130,Zn/Zr=1∶5制得的ZnZr-4/HZSM-5复合催化剂表现出最优的CO₂加氢制C₅₊异构烷烃性能,CO₂转化率为17%,CO选择性抑制到25%,C₅₊烃及C₅₊烃中异构烷烃选择性分别达60%及89%。该复合催化剂稳定性良好,连续运转120 h未出现失活现象。ZnZr氧化物与HZSM-5分子筛的良好匹配对CO₂加氢高选择性合成C₅₊异构烷烃至关重要。     

Mechanochemical Pretreatment for Efficient Solvent-Free Synthesis of SSZ-13 Zeolite

The economical and environmentally benign synthesis of SSZ-13 zeolite was possible due to the mechanochemical activation of dry reagents by planetary mill. Contrary to manual grinding in a mortar, the proposed automatized approach is scalable and reproducible. This solvent-free process provided a huge gain in product/gel ratios, significantly minimized reaction space and organic structure-directing agent use, and allowed for the elimination of agitation. Obtained materials were comparable to the product of “classical” syntheses. The use of different silica sources resulted in SSZ-13 zeolites with various characteristics: different Si/Al ratio and crystal size.     

ZSM-5/Y复合分子筛的酸性及其重油催化裂化性能

 ZSM-5/Y是本研究组合成的一种新型复合分子筛材料. 用“两次交换,两次焙烧”和磷 酸氢二铵浸渍方法对该复合分子筛材料进行了改性,采用红外光谱表征了复合分子筛的酸性,研究了磷改性对复合分子筛样品羟基区谱学性质的影响,并与相应的机械混合分子筛样品进 行了对比. 红外光谱数据表明,磷改性后复合分子筛的B酸(主要是中强酸)增加,而机械混合分子筛在各个酸强度区域的B酸量和L酸量都减少. 以新疆重油为原料考察了改性后复合分子 筛样品和机械混合分子筛样品的催化裂化性能. 与相应的机械混合分子筛催化剂相比,磷改 性复合分子筛催化剂具有较高的柴油选择性,其柴油产率增加了4.1个百分点,柴汽比增加了0.11,总轻油产率与机械混合分子筛相当. 用气体产物中的CMR(裂化机理比)和C3/C4比 值分析了复合分子筛的催化性能与其聚集体结构的关系.     

Highly efficient and green synthesis of diacylphloroglucinol over treated natural zeolite mordenite and the optimization using response surface method (RSM)

Herein, we report a greener and highly efficient route for the Friedel-Craft acylation of phloroglucinol over Indonesian treated natural zeolite mordenite (nHZMOR) catalyst to provide value-added diacylphloroglucinol derivatives under solvent-free conditions. The nHZMOR showed a high catalytic performance in Friedel-Craft acylation of a phloroglucinol reaction, and diacylphloroglucinol derivatives were obtained in excellent yields. The advantages of the use of this catalyst are solvent-free, shorter reaction time, high yields, and its recyclable ability. Easy catalyst separation was demonstrated through filtration and reused several times without noticeably decreasing its catalytic activity; however, with regeneration treatment, its catalytic performance can be improved. The effect of catalyst loading, reaction temperature, solvent effect and reaction time has been extensively studied. In addition, the chemical process was enhanced by the use of coupling automated synthesis equipment with the Response Surface Method (RSM) to optimize the Friedel-Craft acylation reaction. Also, a reasonable reaction mechanism had presented.     

Effect of acidic and metallic sites on the catalytic performance of Pd/ZSM-5 catalysts in the one-step synthesis of mibk

The acidic properties of Pd/ZSM-5 catalysts were characterized by NH₃-TPD and FT-IR of d₃-acetonitrile adsorption. Effect of Pd loading on the catalytic activity and product distribution was studied in the one-step synthesis of methyl isobutyl ketone from acetone. The results indicated that a proper balance between acidic and metallic sites was necessary to obtain high catalytic performance.     

The application of Py-GC/MS for the catalytic upgrading of oil separated from summer food waste leachate

The catalytic cracking of oil fractions separated from summer food waste leachate was investigated over BEA zeolite and Al-SBA-15 catalysts. In this study, a mixture of food waste oil fractions and catalyst was directly introduced to pyrolysis gas chromatography/mass spectrometry (Py-GC/MS), with the resulting vapor phase products being simultaneously analyzed. Various acid compounds, including oleic acid, produced by the non-catalytic pyrolysis of food waste leachate were reformed into valuable compounds, such as oxygenates, hydrocarbons, and aromatics. The BEA zeolite catalyst showed higher selectivity for hydrocarbon compounds, especially aromatics, within the gasoline range due to its superior cracking ability originating from its highly acidic sites. Conversely, the cracking performance of the Al-SBA-15 catalyst, possessing mild acidic sites, was lower than that of the BEA zeolite. Increasing the amount of Al-SBA-15 catalyst enhanced the cracking activity and resulted in higher selectivity for hydrocarbons.     

Sputtered nano-cobalt on H-USY zeolite for selectively converting syngas to gasoline

Selectively converting CO and H2 to gasoline product(isoparaffin and olefin) in one step still remains a great challenge. We demonstrate effective H-USY zeolite supported nano-cobalt bifunctional catalysts for this catalytic reaction, which are prepared by the novel physical sputtering process. Particles of the sputtered cobalt exist in nano-level and are well-dispersed on acid USY zeolite. Easy activation of the loaded nano-cobalt is also achieved in a low-temperature hydrogen reduction atmosphere. In the tandem catalytic reaction, the sputtered bifunctional Co/USY catalyst exhibits a much higher CO conversion and higher isoparaffin selectivity than the conventional impregnated one. Compared with H-Mor, H-Beta and other zeolites supported catalysts, H-USY zeolite supported cobalt catalyst shows the clearest promotional effect on the activity of FischerTropsch synthesis. The described synthesis herein provides a new pathway to solve the problem caused by the strong metal-support interaction(MSI) in heterogeneous catalysis.     

Fe-Zn-Zr/分子筛复合催化剂上CO2加氢合成异构烷烃Ⅰ.不同分子筛对催化剂性能的影响

 在Fe-Zn-Zr/分子筛复合催化剂上考察了不同类型的分子筛对CO2加氢反应性能的影响. 结果表明,不同分子筛对复合催化剂性能的影响不同,Fe-Zn-Zr/HY是合成异构烷烃有效的复合催化剂. 分子筛的酸性及酸强度对复合催化剂性能有较大的影响,中等强度和较高强度的酸性位有利于异构烃的生成.     

Catalytic Hydration of Aromatic Alkynes to Ketones over H-MFI Zeolites

The hydration of alkyne represents the most straightforward and simplest route toward the synthesis of ketone. Herein, Brønsted acidic zeolites are explored as potential catalysts for the liquid-phase phenylacetylene hydration. The topology structure and Si/Al ratio are disclosed to be key factors controlling the catalytic activity of zeolites. Typically, H-MFI zeolite with a Si/Al molar ratio of 13 exhibits the highest catalytic activity, with turnover frequency of 6.0 h^-1 at 363 K. Besides, H-MFI zeolite shows good catalytic stability and recyclability in the reaction of phenylacetylene hydration, and the substrate scope can be simply extended to other soluble aromatic alkynes. The reaction mechanism of phenylacetylene hydration is investigated by means of kinetic and spectroscopic analyses. The Markovnikov electrophilic addition of phenylacetylene by hydrated protons is established as the rate-determining step, followed by deprotonation and enol isomerization to derive acetophenone product.     

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。     

稀土改性L沸石在烃类催化裂化催化剂中的应用

采用离子交换的方法制备了一系列复合稀土（含La及Ce）质量分数不同的稀土改性超稳L沸石（RE-USL），以RE USL沸石替代质量分数为5%的REUSY作为催化裂化催化剂的活性组分,用标准轻油微反活性试验（MAT）评价了其催化性能,并同单一稀土元素改性USL沸石进行了对比。结果表明,一定量的复合稀土改性USL沸石的催化性能优于单一稀土（La或Ce）改性的USL沸石，在催化裂化催化剂中加入稀土改性USL沸石,可以降低汽油产品的烯烃质量分数；可以提高汽油的辛烷值。当复合稀土在RE USL沸石中的质量分数为0.4%左右时， 与不加稀土改性USL沸石催化剂相比较，催化剂的活性指数MAT提高3.6个单位，烯烃质量分数降低1.57个单位，研究法辛烷值（RON）提高2.08个单位，产品分布更合理。