氟硅酸铵改性纳米HZSM-5分子筛催化甲醇制丙烯

在静态条件下, 采用不同浓度的氟硅酸铵溶液对纳米ZSM-5分子筛进行了改性处理. 利用粉末X射线衍射(XRD)、²⁷Al 魔角旋转固体核磁共振(²⁷Al MAS NMR)、X射线荧光光谱(XRF)、X射线光电子能谱(XPS)、N₂ 吸附、透射电镜(TEM)、NH₃程序升温脱附(NH₃-TPD)、吡啶吸附红外光谱(Py-IR)等技术对改性前后纳米ZSM-5分子筛的骨架结构、织构性质、酸性质进行了表征. 并在常压、反应温度为450℃、甲醇质量空速(WHSV)为1 h^-1的条件下, 研究了改性前后纳米HZSM- 的甲醇制丙烯(MTP)催化性能. 结果表明, 合适浓度的氟硅酸铵处 理能够选择性地脱除纳米ZSM-5 分子筛的外表面铝, 从而使得HZSM-5 的酸密度降低, 比表面积和孔容增大, MTP催化性能显著提高. 氟硅酸铵改性后纳米HZSM-5 的丙烯选择性和丙烯/乙烯(P/E)质量比分别由原来的 28.8%和2.6提高到45.1%和8.0, 催化剂寿命增加了近2倍.     

Au/α-Fe2O3 催化剂存贮失活环境因素及机理分析

 采用沉积沉淀法制备了 CO 低温氧化催化剂 Au/α-Fe₂O₃, 通过 X 射线衍射、X 射线光电子能谱、N₂ 吸附-脱附、傅里叶变换红外光谱、H₂ 程序升温还原和 CO₂ 程序升温脱附等手段对催化剂进行了表征, 探讨了在室温大气气氛下光线照射以及表面吸附等环境因素所导致的催化剂存贮失活及其作用机理. 结果表明, 经 110 ^oC 干燥的 Au/α-Fe₂O₃催化剂表面同时存在 Au³⁺和 Au^δ+ (0 ≤ δ ≤ 1) 物种, 且前者催化 CO 氧化的活性更高; 在室温大气气氛下, 紫外线照射会引起 Au³⁺的还原和 Au 颗粒的生长, 导致催化剂的不可逆失活. 此外, 空气中的 H₂O 和 CO₂ 可同时吸附在 α-Fe₂O₃的表面, 形成表面碳酸盐物种, 会引起催化剂的可逆失活.     

HZSM-5分子筛在甲醇制丙烯反应中的失活与再生

研究了甲醇制丙烯(MTP)催化剂经过多周期反应后失活的本质原因,据此提出了一种简便易行的催化剂再生方法,即二次晶化法,并将其应用到失活MTP催化剂的再生中。采用X射线衍射(XRD)、X射线荧光光谱(XRF)、X射线光电子能谱(XPS)、N_2吸附、~(27)Al魔角旋转固体核磁共振(~(27)Al MAS NMR)、NH_3程序升温脱附(NH_3-TPD)、吡啶吸附红外(Py-IR)光谱等测试技术对再生前后HZSM-5分子筛催化剂的晶体结构、硅铝比、织构性质、酸性质等进行了表征。并在常压(甲醇分压为30 k Pa)、反应温度为470°C、甲醇质量空速(WHSV)为1 h~(-1)的条件下,研究了再生前后HZSM-5分子筛催化剂的催化性能。结果表明,分子筛晶体结构被破坏、活性位流失是多周期反应后HZSM-5分子筛催化剂活性下降的主要原因。经过二次晶化再生后,催化剂的相对结晶度、比表面积、孔容和酸量都明显提高,晶体结构和活性位得到了有效修复,再生催化剂在MTP反应中重新表现出优异的甲醇转化能力和丙烯选择性。     

WQD-1沸石离子交换性能的研究

测定了W_QD-1沸石在一价碱金属离子混合溶液中的分配系数、饱和交换量和在25℃时，NH⁺₄/K⁺、NH⁺₄/Na⁺交换等温线。得出该沸石一价离子选择性序列为：Cs⁺>Rb⁺>K⁺>Na⁺>Li⁺, Na⁺/K⁺交换自由焓变ΔG(T,P)=-6.745 KJ/mol。     

PdCl2-CuCl2/Al2O3催化剂低温催化CO氧化的失活机理

采用X射线衍射、N₂吸-脱附、X射线光电子能谱分析、氢气-程序升温还原和原位红外漫反射等方法对新鲜和失活的PdCl₂-CuCl₂/Al₂O₃低温催化CO氧化催化剂进行表征,研究了高相对湿度(100%)下催化剂的失活机理.结果表明,催化剂表面沉积的水使得活性铜物种容易从催化剂表面向载体孔道内部迁移,由于Pd、Cu相互作用弱化从而减弱了Pd与Cu物种间的相互作用,使得催化剂的氧化还原性能受到影响,抑制了Pd⁰再氧化为Pd²⁺的过程,从而因CO氧化反应中催化剂氧化还原循环受阻而导致失活.     

CuY制备方法对其催化甲醇氧化羰基化活性中心的影响

以Cu(NO₃)₂为铜源,以NaY和HY分子筛为载体,通过溶液离子交换法和等体积浸渍法制备了不同的无氯CuY催化剂,并进行了气相甲醇氧化羰基化催化活性研究。通过浸渍法制备的催化剂Cu含量为10%,而以NaY和铜氨溶液离子交换制备的催化剂Cu含量只有6.3%,但其催化活性和选择性均较好。通过催化剂的Cu元素分析、低温氮吸附-脱附、XRD、H₂-TPR、XPS和TPD等表征表明,溶液离子交换法制备的催化剂,Cu物种以离子的形式高度分散于分子筛骨架结构中,较好地保持了分子筛晶体结构,并对甲醇有较强的吸附能力,催化活性较高,而将等体积浸渍Cu(NO₃)₂溶液后的HY或NaY分子筛,在400 ℃焙烧过程中,发生了固体离子交换反应,形成了连接于分子筛骨架的Cu²⁺,但以HY为载体更容易进行固体离子交换,未交换的铜物种以CuO的形式分散到分子筛表面。在600 ℃高温活化中,催化剂中Cu²⁺可部分还原为活性物质Cu⁺,但以NaY和铜氨溶液离子交换制备的催化剂Cu²⁺自还原能力最大。     

制备方法对Co-MOR催化剂CH4选择还原NO性能的影响

采用离子交换法、浸渍法制备一系列的Co-MOR 催化剂, 并将其用于CH₄选择性催化还原 NO_x(CH₄-SCR)反应. 运用X 射线衍射(XRD)、X 射线荧光光谱(XRF)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-拉曼(UVRaman)光谱、X射线光电子能谱(XPS)、NO程序升温脱附(NO-TPD)等手段对催化剂进行了表征. 结果表明, 浸渍法制备的催化剂, Co以Co₃O₄形式存在; 而离子交换法制备的催化剂, Co以离子形式进入丝光沸石(MOR)骨架之中, 在催化剂上形成更多的Co²⁺和[Co-O-Co]²⁺, 形成更均匀NO吸附中心和CH₄-SCR反应活性中心. 催化剂活性评价表明离子交换法制备的催化剂具有更宽的活性温度区间, Co(0.30)-MOR 催化剂在327-450℃温度范围内NO转化率大于50%.     

甲醇催化转化制丙烯中HZSM-5分子筛的尺寸效应

甲醇催化制丙烯(MTP)是一个具有重要工业应用的研究课题, 目前普遍采用的催化剂是HZSM-5 分子筛. 通过调节分子筛合成原料的配比、晶化温度和晶化时间等参数, 对所制备的不同晶粒尺寸的HZSM-5 分子筛, 综合利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、N₂吸附和氨气程序升温脱附(NH₃-TPD)等手段表征了其晶格结构、表观形貌、孔结构以及酸性质. 利用固定床反应装置对HZSM-5 分子筛甲醇催化制丙烯的活性和稳定性进行了评价, 并采用热重(TG)分析技术对催化剂的积炭性能进行了考察. 实验结果表明, HZSM-5 分子筛粒度的减小可以增加分子筛比表面积、孔体积, 同时有更多开放的孔口及短的孔道长度, 有利于反应物分子的吸附和传质,并降低了产物分子在孔道中的扩散距离及发生二次反应的几率, 提高了催化剂的抗积炭能力和容炭能力以及稳定性; 而且所合成的小尺寸分子筛单位质量的总酸量及强酸量均有不同程度的下降, 有利于提高目标产物丙烯的选择性.     

CuCl2和HY分子筛的表面反应及Cu/Y分子筛的制备及其催化甲醇氧化羰基化

以CuCl₂为前驱物与HY分子筛进行固相离子交换制备了Cu/Y催化剂,采用热重方法研究了CuCl₂与HY分子筛的表面固相离子交换反应,结合活性测试表明催化剂中高度分散的CuCl和离子交换形式的Cu⁺物种是甲醇氧化羰基化合成碳酸二甲酯的催化活性中心。X射线光电子能谱表征和元素分析结果表明,活性金属Cu主要以CuCl形式存在于分子筛外表面,而在分子筛笼内则以交换的Cu⁺和少量吸附的CuCl形式存在。与以CuCl为交换铜源所制催化剂相比,以CuCl₂为铜源制备的催化剂Cu含量低,催化活性更高。     

表面助剂改性对Cu/ZnO/Al2O3甲醇合成催化剂性能的影响

采用共沉淀-后浸渍方法制备了表面助剂改性的Cu/ZnO/Al₂O₃ (CZA)甲醇合成催化剂, 在固定床反应器上以合成气为原料分别考察了三种助剂(Zr、Ba和Mn)对CZA催化剂性能的影响; 以Zr为助剂时反应温度的影响; 并进行了催化稳定性试验. 利用粉末X射线衍射(XRD)、低温氮气吸脱附(N₂-sorption)、氧化亚氮(N₂O)反应吸附技术、X射线光电子能谱(XPS)、氢气程序升温吸脱附(H₂-TPD)、扫描电子显微镜(SEM)和高分辨透射电子显微镜(HR-TEM)技术对催化剂进行了表征.结果显示: 以Zr或Ba作为助剂能够明显提高CZA催化剂耐热前后的甲醇时空收率(STY); Mn的引入降低了CZA催化剂的耐热前活性; Zr的引入降低了CZA催化剂最高活性温度点, 增强了CZA催化剂的催化稳定性; 还原态CZA催化剂表面Cu⁰和ZnO都能吸附活化氢气, Cu⁰与ZnO的强相互作用有利于提高催化剂的性能, 耐热后催化剂性能的降低归因于Cu晶粒的长大. 在实验和表征结果基础上,提出了CZA催化剂上合成气制甲醇的“双向同步催化反应历程”.     

Deactivation and regeneration of the B2O3/TiO2-ZrO2 catalyst in the vapor phase Beckmann rearrangement of cyclohexanone oxime

The deactivation and regeneration of B₂O₃/TiO₂-ZrO₂ catalyst for the vapor phase Beckmann rearrangement of cyclohexanone oxime to -caprolactam were studied. The fresh, deactivated and regenerated catalysts were characterized by using adsorption of nitrogen, X-ray diffraction (XRD), thermogravimetry (TG) and NH₃-temperature-programmed desorption (NH₃-TPD) techniques. The crystal structure and pore size distribution of the catalyst were retained after reaction, but the number of acid sites decreased significantly. There was a relationship between the amount of coke deposited on the catalyst and the decline in catalytic activity. These results suggest that the coke deposition on the surface of catalyst is mainly responsible for the catalyst deactivation. The catalytic activity can be recovered completely after calcining the deactivated catalyst in air flow at 600 °C for 8 h.     

积碳失活催化剂的再生

催化反应常伴随着积碳的生成,而积碳又可以通过覆盖催化剂酸性位点或者堵塞催化剂孔道而引起催化剂失活,表现为产物选择性的降低.根据不同的失活机理可以将催化剂失活分为永久性失活和可逆性失活,而积碳失活一般是可逆的,可以通过再生的方式来除去积碳并恢复催化剂活性.对于工业生产而言,为了保证反应的连续运行,失活催化剂的及时再生是非常必要的.尽管前人已经做了大量的研究,并尝试不同的再生方法来除去催化剂积碳,但发展一种操作简单、高效和经济的再生方法仍然是一个巨大的挑战.目前工业催化剂积碳失活后最常用的再生手段是氧化再生,其主要以空气或氧气为再生气体,将积碳转化为一氧化碳、二氧化碳和水等.但空气或氧气氧化再生为强放热反应,放出的大量热量及生成的水蒸气会对催化剂的组分及结构带来一定的影响.虽然以臭氧和氮氧化物为再生气体可以有效降低再生温度,但是作为有毒有害气体,它们的排放受到严格的限制,这也阻碍了其进一步工业化应用.与氧化再生相比,二氧化碳或水蒸气气化再生可以有效降低再生过程中的放热量,并将无价值的积碳转化为高品质的合成气,同时减少二氧化碳的排放.但由于二氧化碳和水蒸气的氧化性较弱,需要较高的再生温度,对催化剂的水热稳定性提出了更高的要求.此外,在氢气气氛下,可以通过加氢裂解除去积碳,但同样需要较高的再生温度或压力.通过添加金属或金属氧化物等添加剂,可以有效降低再生温度并增加再生速率,但也可能会引起催化剂中毒,造成催化剂的永久性失活,所以需要严格控制添加剂的含量.本文分析了目前常用的几种再生方法的优缺点及面临的挑战,并对未来的研究重点及研究方向进行了展望.     

用于丙烯环氧化的 Ti/HMS 催化剂的失活与再生

 研究了以异丙苯过氧化氢为氧化剂选择氧化丙烯制环氧丙烷的 Ti/HMS 催化剂的失活原因. 采用 XRD (X 射线衍射), FT-IR (傅里叶变换红外光谱), UV-Vis (紫外-可见光谱) 和 TG (热重分析) 等技术表征了催化剂失活前后的结构和化学组成. 结果表明, 催化剂的失活主要是由于反应过程中所产生的重组分在催化剂表面吸附, 覆盖了活性中心所致; 并不是由于四配位的活性钛物种转化为六配位、八配位或者锐钛矿 TiO2 所致. 采用热异丙苯溶剂洗涤的方法可以部分恢复失活催化剂的活性, 但不能恢复到新鲜催化剂的水平; 采用低温烧炭方法能够使催化剂的活性恢复到新鲜催化剂的水平. 因此, Ti/HMS 催化剂的失活是可逆的, 采用合适的再生方法可以恢复其催化活性.     

HZSM-5在线提质生物油及催化剂失活机理分析

对不同使用时间的HZSM-5分子筛在线催化提质制取的生物油进行理化特性和成分分析,从生物油品质角度对HZSM-5的催化性能进行评价;并采用TG、BET、XRD、SEM和TEM等方法对失活的HZSM-5催化剂进行表征分析,探讨了HZSM-5催化提质生物油的失活机理,并进行再生研究。研究表明,HZSM-5分子筛可转化生物油中的酸类、醛类和酮类等"非期望"有机物,生成较多"期望"有机物,如酚类和芳烃类物质,降低生物油的氧含量及酸性,提高生物油的热值;HZSM-5使用80 min后,生物油品质明显变差,催化剂活性明显降低;失活催化剂上沉积的焦炭主要呈纤维状,同时,还存在少量石墨状焦炭,焦炭总量达14.12%,且使用过程中催化剂的比表面积和孔容均下降,晶粒的团聚现象加剧,结晶度下降;在催化提质过程中,在孔道内生成的石墨状焦炭及在表面形成的纤维状焦炭大量覆盖活性位点,使得催化剂失活。经550℃再生后,催化剂可恢复催化性能。     

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MoOz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...     

The Dehydrogenation of Propane on Platinum–Tin Glass-Fiber Woven Catalysts

The reaction of propane dehydrogenation on platinum–tin catalysts supported onto different woven carriers (an aluminoborosilicate and two silica materials) was studied. It was found that the catalyst was rapidly deactivated by carbon deposits formed, and the rate of this reaction increased with the specific surface area of the glass-fiber woven material and the Pt content. It was established that the Pt: Sn ratio in surface platinum particles was about 6, and it increased to 39 after the reaction; this fact is indicative of a Sn loss, which led to an increase in the conversion of feed into carbon deposits that deactivated the catalyst. A mixture of propane and 5–10 vol % H₂ should be used for the stabilization of the catalytic system; in this case, the negative effect of hydrogen on the yield of propylene was minimal. On the catalyst supported onto a silica carrier under optimum conditions (550°C; propane space velocity, 480 h^–1), which correspond to minimum selectivity for the formation of carbon deposits, the yield of propylene was ~18%. The test glass-fiber woven catalyst was inferior to granulated platinum–tin catalysts in terms of catalytic activity; therefore, its use in the reaction of propane dehydrogenation is inexpedient.     

Study on deactivation and regeneration of Pd/Al2O3 catalyst in hydrogen peroxide production by the anthraquinone process

Deactivated palladium catalysts in the hydrogenation of anthraquinione were regenerated with ethanol, nitric acid, hydrogen peroxide, boiling water and steam, respectively. The deactivated and regenerated catalysts were characterized by XPS, ICP, TG, FTIR, TPD, XRD, etc., and studied in the hydrogenation of anthraquinone. The results showed that the main cause of catalyst deactivation is the coverage of the active component by deposits. The treatments by hydrogen peroxide and boiling water can effectively regenerate the deactivated catalysts. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.     

Large Zeolite H‐ZSM‐5 Crystals as Models for the Methanol‐to‐Hydrocarbons Process: Bridging the Gap between Single‐Particle Examination and Bulk Catalyst Analysis

The catalytic, deactivation, and regeneration characteristics of large coffin‐shaped H‐ZSM‐5 crystals were investigated during the methanol‐to‐hydrocarbons (MTH) reaction at 350 and 500 °C. Online gas‐phase effluent analysis and examination of retained material thereof were used to explore the bulk properties of large coffin‐shaped zeolite H‐ZSM‐5 crystals in a fixed‐bed reactor to introduce them as model catalysts for the MTH reaction. These findings were related to observations made at the individual particle level by using polarization‐dependent UV‐visible microspectroscopy and mass spectrometric techniques after reaction in an in situ microspectroscopy reaction cell. Excellent agreement between the spectroscopic measurements and the analysis of hydrocarbon deposits by means of retained hydrocarbon analysis and time‐of‐flight secondary‐ion mass spectrometry of spent catalyst materials was observed. The obtained data reveal a shift towards more condensed coke deposits on the outer zeolite surface at higher reaction temperatures. Zeolites in the fixed‐bed reactor setup underwent more coke deposition than those reacted in the in situ microspectroscopy reaction cell. Regeneration studies of the large zeolite crystals were performed by oxidation in O₂/inert gas mixtures at 550 °C. UV‐visible microspectroscopic measurements using the oligomerization of styrene derivatives as probe reaction indicated that the fraction of strong acid sites decreased during regeneration. This change was accompanied by a slight decrease in the initial conversion obtained after regeneration. H‐ZSM‐5 deactivated more rapidly at higher reaction temperature.     

Catalyst Deactivation during α-Pinene Isomerization. Fe-Mn-Promoted Sulfated Zirconium Oxide

This works studies the deactivation of zirconium oxide, promoted by iron and manganese catalysts (SZFM), during the -pinene isomerization. Experiments were done in liquid phase by using a batch reactor, and the solid crystalline structure was studied by XRD while the acidity by FTIR. The deactivated catalyst exhibited coke deposits and lost its Brönsted acidity, though it still kept its crystalline structure. The nature of the coke deposit formed was analyzed by infrared spectroscopy (FTIR) as well as by Temperature Programmed Oxidation (TPO). Regeneration was done in air flow, where the temperature required to restore Brönsted acidity and to totally eliminate the coke deposits was of about 873 K.