MoO3纳米带修饰MCM-22催化甲烷无氧芳构化反应

利用天然气生产芳烃是一个有吸引力的课题,这个过程需要具有高性能活性位点的催化剂,以活化稳定的碳氢键．在甲烷直接转化方法中,将甲烷无氧脱氢芳构化(MDA)转化为高附加值芳烃(如苯、甲苯和萘)是甲烷增值的有效途径．本研究采用MoO₃纳米带作为Mo源,微孔分子筛MCM-22作为载体制备双功能Mo基催化剂,结果表明MoO₃纳米带高度分散在分子筛内部,与分子筛中Br?nsted酸中心结合形成有效活性中心,改善了甲烷无氧脱氢芳构化反应的催化活性,提高了催化剂的稳定性．在甲烷无氧脱氢芳构化反应测试中,当MoO₃纳米带的负载量质量分数为6%时,N-Mo-HMCM-22催化剂催化的甲烷转化率达到14.1%,苯产率可达8.2%．本研究为合成高性能、稳定的MDA催化剂提供了一种更为简易的策略．     

新型甲烷无氧芳构化催化剂MoO3/MCM-49

自Ｂｅｎｎｅｔｔ[1]等合成出新型分子筛ＭＣＭ 4 9以来 ,有关其结构及性质研究的报道相对较少 .Ｂｅｎ ｎｅｔｔ[1]指出 ,ＭＣＭ 4 9在一些特殊的催化反应上表现出了比ＭＣＭ 2 2更高的活性 (如在丙烯无氧芳构化反应中 ,ＭＣＭ 4 9上丙烯的转化率为 7 1 6% ,远大于ＭＣＭ 2 2的 2 64% ) .ＭＣＭ 4 9的发现时间较晚 ,且合成相对困难 ,在一定程度上限制了对其性质的进一步研究 .对甲烷无氧芳构化催化反应的研究发现 ,酸性适当且具有交叉十元环孔道体系的分子筛载体表现出了较高的催化活性 .ＭＣＭ 4 9与ＭＣＭ 2 2均具有两套互不相通的交叉…     

甲烷无氧脱氢芳构化双促进W/MCM-22基催化剂研究

以MCM-22分子筛为载体,H₂SO₄酸化的(NH₄)₂WO₄为W组分前驱物,以Zn和/或Ca,Co,Mo为促进剂,研制两系列促进型W/MCM-22基催化剂.在常压固定床连续流动反应器-GC测试系统评价其对CH₄无氧脱氢芳构化的催化性能,结果显示,在双促进的W-Co-Mo(或W-Ga-Zn)/MCM-22催化剂上,常压、1073 K、原料气空速GHSV=1500 mL(STP)·h^-1·(g-cat.)^-1的反应条件下,苯选择性最高达到70%～72%,相应甲烷转化率为～15%;反应450 min后,甲烷转化率降低到～5%水平;7.5 h平均积炭选择性～20%.H₂-TPR和NH₃-TPD表征研究显示,在W/MCM-22基质催化剂中适当添加少量Co^3+/2+/Mon⁺或Ga³⁺/Zn²⁺,一方面导致Wⁿ⁺物种还原活化温度下降及可还原W⁶⁺物种数量增加,另一方面消去最强的一些B酸位同时诱生相当数量的中强酸位,这两方面的促进效应都对催化剂活性、选择性提高及结炭减缓作出贡献.     

Co改性Mo/MCM-22催化剂上甲烷无氧芳构化及积炭研究

 研究了Co的添加对Mo／MCM－22催化剂甲烷无氧芳构化反应性能的影响．发现用共浸渍法制备的Co／Mo摩尔比为0．2的催化剂具有较高的活性,而先浸渍Mo后浸渍Co的催化剂具有较好的稳定性．XRD实验表明,Co及Mo的氧化物均高度分散在分子筛表面,其担载降低了分子筛的衍射强度．不同接触时间下催化剂的反应结果表明,接触时间长,积炭选择性随接触时间增加而迅速增加;接触时间短,积炭选择性随接触时间增加而减少．积炭催化剂的TG研究表明,催化剂上的积炭主要有两种形式．低温积炭随反应时间增加而迅速增多,高温积炭的变化则较为缓慢．低温积炭可能是导致催化剂活化和失活的主要原因．高温积炭可能是一种大分子量的碳氢物种,位于MCM－22分子筛的“超笼”中,表明MCM－22有较大的容积炭能力．     

甘油辅助HZSM-5分子筛的制备及其甲烷无氧芳构化催化性能研究

以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,甘油为辅助剂,在水热条件下合成HZSM-5分子筛。考察甘油添加量、晶化时间对HZSM-5分子筛的晶粒尺寸、相对结晶度和酸性等性质及其甲烷无氧芳构化催化性能的影响。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、氨程序升温脱附(NH₃-TPD)等分析手段对不同条件合成的HZSM-5分子筛样品进行表征。结果表明,在添加一定量的甘油辅助剂的条件下,通过调控晶化时间,可以提升HZSM-5分子筛的相对结晶度,在一定程度上抑制无定型SiO₂的产生,增加其酸量。在甲烷无氧芳构化反应中,甘油辅助合成的HZSM-5分子筛催化剂表现出优良的催化性能,与未添加甘油合成的HZSM-5分子筛催化剂相比,甲烷转化率、苯选择性和芳烃选择性均有较大提高,且具有较强的稳定性与容炭能力。     

MCM-22型分子筛的合成及其用于生产异丙苯的催化性能

MCM-22 molecular sieve was first reported by Rubin et al[1] in Mobil Company.Similar to ZSM-5 zeolite, MCM-22 belongs to the category of medium pore zeolites.However, it possesses unique structural features[2] that have not been demonstrated before. The structure of MCM-22 was resolved by Mobil scientists using high resolution microscopy and X-ray diffraction analysis. It is found that MCM-22 consists of two independent and non-interconnecting channel systems, each accessible through 10-ring apertures. One of these pore systems is composed of uniform circular 10-ring pores about 0.6 nm. The other is composed of 12-ring egg-shaped supercages with inner free diameter of 0.71 nm and inner height of 1.82 nm. Usually the zeolite crystallizes as thin sheets or plates of stocked layers. Therefore, MCM-22 has been actively studied and this peculiar zeolite may have potential applications in the petrochemical and petroleum industries in the near future, including reactions such as disproportionation[3], catalytic cracking of hydrocarbons[4], aromatic/ethylene alkylation[5], isoalkane/olefins[6] and methanol/olefins alkylation[7] etc.     

甲烷直接芳构化反应的研究Ⅰ.负载Mo基催化剂在无氧条件下催化性能

研究了催化剂制备方法，Ｍｏ含量，预处理条件和反应条件对无氧条件下ＨＺＳＭ－５负载的Ｍｏ基催化剂上甲烷直接芳构化反应的影响，及积炭和烧炭再生对催化剂性能的影响，发现Ｍｏ含量为３．５～４％时催化剂活性最高，生成苯的速率高达１．２×１０＾－３ｍｏｌ．ｇ＾－１．ｓ＾－１，降低空速和提高反应温度均有利于甲烷的直接芳构化，随着反应的进行，乙烯的选择性不断提高，苯的选择性则不断降低，ＸＰＳ结果表明，反应后催化剂     

甲烷水蒸气重整与甲烷无氧芳构化反应耦合提高Mo/MCM-49催化剂稳定性

甲烷无氧芳构化(MDA)和甲烷水蒸气重整(MSR)的耦合反应可以大幅度提高甲烷无氧芳构化反应的稳定性.单独的甲烷无氧芳构化反应失活较快,甲烷转化率从0.5 h的14.5%很快下降至15 h的3.5%.而采用联合MSR/MDA反应体系,甲烷的转化率从12.5 h的11.5%非常缓慢地下降至60 h后的6.5%.MSR反应原位生成的CO和H2能降低反应中生成的CHr物种数量,减少催化剂上积炭的牛成,进而延长反应时间.MSR反应过程中高比例H2的生成更能有效地减少与B酸相关的积炭的生成,从而更好地抑制反应的失活.     

Mo基分子筛催化剂及甲烷无氧芳构化

本文综述了甲烷无氧芳构化反应及Mo基分子筛催化剂的研究进展。在众多的催化剂中以Mo基分子筛催化性能最佳。概括了催化剂中关于MoO_<em>x前躯体结构和其在分子筛中落位,Mo₂C物种和诱导期等;讨论了反应中涉及的中间产物、双功能机理以及催化剂失活等问题;归纳了催化剂制备过程中制备方法、焙烧温度与时间、Mo载量和分子筛硅铝比以及催化剂预处理对反应活性的影响;综述了提高催化剂催化性能和反应性能的各种方法,并对其分析,同时介绍了两种催化剂再生方法。最后,依据本实验室研究进展,对甲烷芳构化从工艺角度进行一些可行性讨论,并提出相关问题和展望。     

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.     

铜离子的引入对甲烷无氧芳构化催化剂Mo/CuH-ZSM-5中Mo物种化学状态的影响

对比考察了Mo/CuH-ZSM-5和Mo/H-ZSM-5催化剂的甲烷无氧芳构化性能,并用XRD,XPS,ESR等多种测试手段对反应前后催化剂上的Mo物种及铜助剂的价态变化进行了详细研究,发现Cu(Ⅱ)部分取代H-ZSM-5交换位上的H⁺后,抑制了活性组分MoO₃的还原,而Cu物种自身被还原,进而将这种价态变化与催化剂的活性进行了关联.     

甲烷无氧芳构化催化剂的活性相生成研究

利用在线质谱分析检测了在各种催化剂上甲烷的程序升温表面反应(TPSR)过程中不同物种的行为.结果表明,MoO₃向Mo₂C的转变阻碍了甲烷的活化及其芳构化.如果这个转变过程在TPSR反应前发生,甲烷活化和苯生成的温度将大大降低(分别为760K和847K).通过比较担载在不同分子筛上钼物种的催化行为发现,甲烷的初始活化是这个反应速率的决定步骤.只有具备合适的钼价态,Bro-nsted酸性以及特殊的分子筛孔道结构的催化剂才能使甲烷芳构化反应高效进行.     

MCM-22分子筛的合成及其性质研究

以己内酰胺催化加氢得到的有机混合物水溶液(OMS)为模板剂合成了纯MCM-22分子筛，考察了晶化条件对合成产物的影响。采用XRD、SEM和NH3-TPD对所合成MCM-22分子筛的性质进行了研究。结果表明，原料碱度是影响合成产物的重要因素，合成纯MCM-22的硅铝比范围不大，同时原料中水含量对合成产物的影响也不容忽视；改变硅铝比及水蒸气处理可以调节MCM-22分子筛的酸性。     

合成方法对MCM-22分子筛的结构、性质及催化性能的影响

在水热条件下分别以动态法和静态法合成了高纯度和高结晶度的MCM-22分子筛.采用N2吸附、XRD、TEM和FTIR等方法研究了制备方法对分子筛的结构及性质的影响.结果表明,动态法合成的MCM-22比静态法合成的分子筛的晶粒小,酸量低.在丙酮一步法合成甲基异丁基酮反应中,静态条件下合成的MCM-22为载体的催化剂的丙酮转化率较高,这是由于该分子筛的酸量较高所致.而MIBK的选择性则呈相反趋势,这可能与动态条件下合成的分子筛粒径小、孔道短有关.     

Mo/MCM-22分子筛碳化钼活性中心结构及甲烷活化机理的密度泛函理论研究

 应用密度泛函理论研究了Mo/MCM-22分子筛上碳化钼活性中心的几何结构和电子结构,以及甲烷在该活性中心上的活化机理. 设计了两种结构的活性中心模型: Mo(CH2)2(模型A)和Mo(CH)CH2(模型B); 它们都嫁接在MCM-22分子筛超笼边缘的T4位的Brnsted-酸性位上,用3T簇模型代替分子筛的骨架,对所设计的模型进行了几何结构优化和电子结构分析. 结构优化结果显示, Mo与CH2端基以双键结合,键长为0.18～0.19 nm, 而Mo与CH端基以叁键结合,键长为0.17 nm. 通过自然键轨道分析,证明中心钼原子以配位键与骨架氧原子结合. 根据前线分子轨道的分析,预测了甲烷活化反应将发生在甲烷分子的HOMO和钼活性中心的LUMO之间,即 C-H 键的电子流向 Mo-C 键的π*轨道. 甲烷 C-H 键发生异裂, H+和H3C-基团分别与 Mo-C 键上的Mo和C成键. 在模型A上,甲烷活化反应的活化能为119.97 kJ/mol; 在模型B上,甲烷的H原子可以分别结合到CH2端基和CH端基上,对应的活化能分别为91.37和79.07 kJ/mol.     

含有10元环和12元环的NU-87分子筛对甲烷脱氢芳构化的催化性能

 合成了结构类似于MCM-22分子筛超笼孔系的、具有10元环和12元环交叉孔道结构且12元环通过10元环与分子筛外表面相连的二维高硅分子筛NU-87,利用XRD,SEM,N2吸附及NH3-TPD等手段对其物理化学性质进行了表征. 结果表明,合成的HNU-87分子筛晶体结构中存在两种微孔结构,且具有与HMCM-22分子筛非常相似的酸性. 考察了6%Mo/HNU-87对甲烷无氧芳构化反应的催化性能,发现合成的HNU-87分子筛不是甲烷无氧芳构化催化剂的良好载体. 6%Mo/HNU-87催化剂的催化活性和稳定性都比较差. 积炭是主要产物,其选择性高达60%.     

Na24P2W22O83的固相合成与表征

用固相反应法由Na4P2O7@10H2O,Na2WO4@2H2O和WO3合成了新型杂多酸盐配合物Na24P2W22O23.其结构经元素分析、m和x-射线粉末衍射等分析手段确证,新配合物属正交晶系,晶胞参数:a=1.4745nm,b=1.1933nm,c=1.1119nm,z=1,属D24P212121(No.19)空间群.并推测了其配位方式和结构.