改性HZSM-5分子筛上噻吩烷基化反应和失活再生性能的研究

采用不同碱单独处理和两种碱不同方式联合处理HZSM-5分子筛,制备微孔-介孔多级孔HZSM-5分子筛催化剂并应用于噻吩烷基化反应中。结果表明,不同碱单独处理和两种碱不同方式联合处理HZSM-5分子筛后,均能够在分子筛上造出介孔孔道且能够调变分子筛的酸性,其中,采用Na₂CO₃溶液和TPAOH溶液分开处理得到的分子筛催化剂织结构最适合噻吩烷基化反应;其次考察具有最佳织结构分子筛催化剂的噻吩烷基化反应稳定性,并分析催化剂失活的原因和再生条件。结果表明,当噻吩烷基化反应进行到1050 h后,催化剂已基本失活,催化剂失活的主要原因是,在反应过程中原料中反应组分间发生烯烃齐聚、环化、脱氢和芳烃烷基化等副反应生成的大分子化合物沉积在催化剂上,堵塞催化剂的孔道和遮盖催化剂的活性中心所致;对失活催化剂进行高温再生,从高温再生的能耗较大以及多次高温再生对催化剂酸性和骨架结构不利的角度考虑,选定催化剂的再生温度为550 ℃。     

TPAOH/NaOH混合碱体系对ZSM-5沸石的改性及其催化性能研究

采用四丙基氢氧化铵和氢氧化钠有机无机混合碱TPAOH/NaOH体系对ZSM-5分子筛进行改性处理,得到了具有介孔和微孔的ZSM-5分子筛。用XRD、N₂吸附脱附、NH₃-TPD、SEM等手段对改性后的产物进行表征。结果表明,碱处理ZSM-5分子筛会使分子筛同时脱硅和脱铝。当混合碱体系中总OH^-浓度一定时,随TPA⁺/OH^-比值的降低和处理时间的延长,均会使分子筛的微孔结构数量减少,介孔结构数量增加。同时,还会改变分子筛的酸性,TPA⁺/OH^-比值适合的混合碱体系可在生成介孔的同时最大限度保留微孔结构,并减少分子筛的强酸数量,在甲醇制烯烃反应(MTO)中表现出较高的丙烯选择性。与无机碱NaOH相比,TPAOH对分子筛的改性速率较慢而且温和,具有可控性,可以起到孔道生长调节剂的作用。     

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%。     

TPAOH处理制备的微介孔催化剂物化性质与噻吩烷基化性能研究

采用不同浓度的TPAOH溶液处理不同SiO_2/Al_2O_3物质的量比的HZSM-5分子筛,制备了微孔-介孔多级孔HZSM-5催化剂。结果表明,采用不同浓度的TPAOH溶液处理不同SiO_2/Al_2O_3物质的量比的HZSM-5分子筛能够脱出HZSM-5分子筛的骨架硅而产生介孔,介孔孔径随TPAOH溶液浓度和SiO_2/Al_2O_3物质的量比的增大而增大;TPAOH溶液处理能够调变HZSM-5催化剂的酸性。采用不同浓度的TPAOH溶液处理SiO_2/Al_2O_3物质的量比分别为50、80和150的HZSM-5分子筛,其中,SiO_2/Al_2O_3物质的量比为50的HZSM-5弱中酸酸强度、相对酸量、B酸和L酸含量明显高于SiO_2/Al_2O_3物质的量比为80和150的HZSM-5分子筛。经不同浓度的TPAOH溶液处理后SiO_2/Al_2O_3物质的量比为50的HZSM-5催化剂具有最佳的噻吩烷基化反应性能。     

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。     

混合碱处理制备微介孔催化剂及其噻吩烷基化催化性能

以SiO_2/Al2O3物质的量比为50的H-ZSM-5分子筛为母体,分别采用Na_2CO_3溶液处理后加入TPAOH溶液进行二次晶化法以及Na_2CO_3/TPAOH混合溶液同时处理法,制备了微孔-介孔多级孔HZSM-5催化剂,对其噻吩烷基化反应催化性能进行了研究。结果表明,采用4 mol/L的Na_2CO_3溶液处理后的催化剂在TPAOH溶液中发生了二次晶化;当TPAOH溶液浓度为0.3 mol/L、晶化温度为170℃、晶化时间为24 h时,得到的HZ(CO_2-3-TPA+,0.3-24-170)催化剂具有适宜的孔径和酸性,其噻吩烷基化转化率最高(99.1%)。而Na_2CO_3/TPAOH同时处理HZSM-5分子筛所得的催化剂,由于生成大量SiO_2堵塞了孔道,覆盖了催化剂表面,降低了催化剂的平均孔径和酸性,不适合噻吩烷基化反应。     

碱改性ZSM-5分子筛及脱硫性能的研究

用4 mol·L-1Na2CO3溶液处理ZSM-5分子筛[HZSM-5(C)],处理后的分子筛采用n(TPAOH)∶n(Si O2)=0.2∶1的TPAOH溶液进行二次晶化[HZSM-5(C-T)]。制备了Ni-Mo/HZSM-5(原粉)、Ni-Mo/HZSM-5(C)和Ni-Mo/HZSM-5(C-T)催化剂。在小型连续固定床反应器上,考察了Ni-Mo/HZSM-5,Ni-Mo/HZSM-5(C)和Ni-Mo/HZSM-5(C-T)催化剂的硫醚化反应性能。结果表明:Na2CO3处理形成了微-介孔多级孔HZSM-5分子筛,提高了硫醇转化率;TPAOH二次晶化,修复了分子筛的孔道,增加了介孔的数量,进一步提高了硫醇的转化率。考察了TPAOH二次晶化前后,HZSM-5分子筛的热稳定性和水热稳定性。结果表明:Na2CO3处理降低了HZSM-5分子筛的热稳定性和水热稳定性,而TPAOH二次晶化,提高了HZSM-5分子筛的热稳定性和水热稳定性。     

固体酸S2O82-/Nb2O5/La3+的制备、表征及催化合成乙酸正丁酯

以Nb₂O₅为载体,浸渍法研制固体酸（S₂O₈^2-/Nb₂O₅/La⁺）催化剂,经SEM、XRD和EDS表征,考察了固体酸的焙烧温度、陈化时间及S₂O₈^2-浓度等因素对该催化剂催化活性的影响。结果表明：在(NH₄)₂S₂O₈浓度为1 mol/L、浸渍时间18 h、w(La³⁺)=3%（基于Nb₂O₅的质量）、焙烧温度为500 ℃时,制备出最高催化效果的催化剂。接着考察了其催化合成乙酸正丁酯的催化活性,通过正交实验确定了反应的最佳条件：n(正丁醇)/n(冰醋酸）=2.0/1.0、催化剂用量w（S₂O₈^2-/Nb₂O₅/La³⁺）=2.9%（基于反应物质量）、反应温度为125 ℃,反应时间为3.0 h,酯化率为95.70%。催化剂循环利用3次后仍有90.1%的酯化率。      

Improved electrochemical properties in the Li3Fe2(PO4)3 by titanium and vanadium doping

Ti⁴⁺ ions were introduced to the VO₄^3- substituted Li₃Fe₂(PO₄)₃ by sol-gel method. Simultaneous substitution of Ti⁴⁺ for Fe³⁺ and VO₄^3- for PO₄^3- in the Li₃Fe₂(PO₄)₃ resulted in a net improvement in the rate capability and cycling performance, as compared with the single Ti⁴⁺ or VO₄^3- substituted compound.     

新型多级微/介孔固态胺吸附剂的制备及其CO2吸附性能研究

将HZSM-5与MCM-41按不同质量比混合得到复合分子筛载体,以四乙烯五胺(TEPA)为改性剂,采用浸渍法将其负载到复合分子筛上,制备了一系列新型的具有多级微/介孔结构的固态胺吸附剂。采用N₂吸脱附、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、热重分析(TGA)等手段对吸附剂进行表征。在固定床反应器中考察了HZSM-5和MCM-41的质量比、TEPA负载量、吸附温度、进气流量和CO₂分压等因素对CO₂吸附性能的影响。结果表明,当HZSM-5与MCM-41的质量比为1:1、TEPA负载量为30%、吸附温度为55℃、进气流量为30 mL/min时,平衡吸附量高达3.57 mmol/g,且经10次吸脱附循环后,吸附量仅下降8.1%。HZSM-5/MCM-41-30%TEPA对CO₂的吸附过程包括快速的穿透吸附和相对缓慢的逐渐平衡阶段,且穿透吸附量接近于平衡吸附量的80%。HZSM-5/MCM-41-30%TEPA对CO₂的吸附过程符合Avrami动力学模型,表明CO₂吸附是物理吸附和化学吸附的结果。     

K2CO3修饰的铁锆复合氧载体-煤焦化学链气化制氢反应特性研究

以K₂CO₃修饰的Fe₂O₃和ZrO₂复合型氧化物为氧载体(K3-Fe70Zr30),在固定床装置上考察了温度和原料配比对煤焦化学链制氢过程中产气率及组成的影响。程序升温实验结果表明,煤焦与氧载体500 ℃时开始反应,温度高于750 ℃时反应速率快速增大;而还原态氧载体与水蒸气400 ℃时开始反应,当温度高于500 ℃时出口氢气浓度明显增大。恒温实验表明,随温度升高,产品气中CO/CO₂体积比增大,导致产氢量降低。随煤焦与氧载体比例增加,产品气体中CO/CO₂体积比增加,而产氢量先增大后降低,其最大值可达1.734 L/g。K3-Fe70Zr30氧载体在前两次循环能维持良好的反应活性,但在第3次循环反应中活性降低,而重新添加K₂CO₃之后氧载体活性恢复,表明氧载体活性降低主要是由于K₂CO₃的流失所致。     

Catalytic performance of imidazole modified HZSM-5 for methanol to aromatics reaction

A facile approach was developed for the preparation of nano-sized HZSM-5 with a hierarchical mesoporous structure by adding imidazole into conventional zeolite synthesis precursor solution. The physicochemical properties of modified HZSM-5 were characterized by X-ray diffraction(XRD), N_2 adsorption–desorption isotherms, scanning electron microscopy(SEM), NH_3-temperature-programmed desorption(NH_3-TPD) and pyridine adsorption infrared spectroscopy(Py-IR). The coke in spent catalysts was characterized by thermogravimetry(TG). The results showed that hierarchical HZSM-5 zeolites with excellent textural properties, such as abundant porous structure, uniform particle size and suitable acidity, could be synthesized by the recipe of one-pot synthesis routes. Moreover, the obtained HZSM-5 exhibited higher selectivity of total aromatics as well as longer lifetime in the catalytic conversion of methanol to aromatics, comparing with conventional HZSM-5. It is expected that the synthesis approach demonstrated here will be applicable to other zeolites with particular textural properties and controllable particle sizes, facilitating the emergence of new-type porous materials and their related applications in catalysis and separation.     

Synthesis and adsorption investigations of zeolites MCM-22 and MCM-49 modified by alkali metal cations

Ion exchange was made on MCM-22 and MCM-49 zeolites with different Si/Al molar ratios, with Li⁺, Na⁺, K⁺, and Cs⁺ ions and the study of the influence of alkali metal cations on CO₂ adsorption properties was performed. The degree of ion-exchange decreased for larger cations (Cs⁺) apparently due to steric hindrances. The exchange with different cations led to a decrease in the surface area and the micropore volume. Our study shows that the adsorption capacity of the tested zeolites depends significantly on the nature and the concentration of the charge-compensating cations. The highest CO₂ adsorption capacity was obtained on the MWW zeolites with the lowest Si/Al molar ratio and the Li⁺ or K⁺ cations.     

制备方法对Fe2O3/Al2O3-ZrO2在乙苯脱氢反应中催化性能的影响

为提高含铁催化剂的脱氢活性,采用浸渍法和一步沉淀法制备了Fe、Al和Zr含量相同的F4AZ10-imp和F4AZ10-pre催化剂,在550 ℃考察了其在乙苯CO₂氧化脱氢制苯乙烯反应过程中的催化性能,并结合XRD、N₂-吸附、NH₃-TPD、CO₂-TPD和H₂-TPR等表征手段对催化剂进行了分析。结果表明,与浸渍法相比,一步沉淀法制备的催化剂更有利于活性组分Fe₂O₃在催化剂表面的分散及反应物CO₂的转化。     

碱酸改性ZSM-5分子筛催化剂的噻吩烷基化反应性能研究

以SiO_2/Al_2O_3物质的量比为50的HZSM-5分子筛为原粉,经过一定浓度的NaOH溶液处理后再使用柠檬酸溶液进行酸洗以制备微孔-介孔多级孔HZSM-5催化剂,并研究其在模拟油中的噻吩烷基化反应性能。结果表明,使用柠檬酸溶液进行酸洗可以清除碱处理后孔道内残余的杂质。当柠檬酸溶液浓度为0.5 mol/L时,此时得到的HZ(AC-0.5)催化剂具有适宜的孔径和酸性,因而噻吩烷基化转化率最高,达到95.6%。在HZ(AC-0.5)催化剂上以苯并噻吩作为噻吩衍生物模型化合物,异戊二烯作为烯烃模型化合物,苯作为芳烃模型化合物,分别考察噻吩烷基化反应性能,并分析不同组分的模拟油对噻吩烷基化反应转化率和选择性的影响。结果表明,噻吩烷基化的最佳反应温度是120℃,在该温度下苯并噻吩烷基化的转化率高于噻吩烷基化的转化率,当异戊二烯作为烯烃模型化合物后噻吩的转化率会升高,当苯作为芳烃模型化合物后噻吩的转化率会降低。     

苯加氢反应中助剂K对Ni2Mo3N催化剂耐硫性能的影响

为提高Ni₂Mo₃N在芳烃加氢过程中的耐硫性,采用络合物分解法制备以碱金属K为助剂的K-Ni₂Mo₃N催化剂,并应用于0.01%(质量分数)噻吩存在下的苯加氢反应体系。研究表明,电子型助剂K的添加对于Ni₂Mo₃N晶体结构无影响,但可以提高催化剂噻吩初始耐硫性至85%(苯转化率)。分析原因发现,碱金属助剂K改变了催化剂表面Ni物种电子状态,增加Ni原子表面电子密度,使得表面Ni呈富电子状态,削弱噻吩与Ni间相互作用。     

碱金属助剂类型及前驱物对改性NiAl复合氧化物催化分解N2O活性的影响

制备了不同Ni/Al原子比的NiAl类水滑石样品,焙烧获得NiAl复合氧化物,用于N₂O分解反应,研究了NiAl复合氧化物组成对催化活性的影响。在活性较高的NiAl复合氧化物表面浸渍碱金属碳酸盐溶液,制备改性NiAl复合氧化物,考察了碱金属类型（Na、K、Cs）和钾前驱物（K₂CO₃、K₂C₂O₄、CH₃COOK、KNO₃）对改性催化剂活性的影响。用XRD、ICP-AES、FT-IR、BET、H₂-TPR、XPS技术表征了催化剂的组成结构。结果表明,Ni/Al原子比为2.7的NiAl复合氧化物催化活性较高;Na、K、Cs碳酸盐改性NiAl复合氧化物均提高了催化剂活性,其中K的助剂效应最强。钾前驱物对K改性NiAl复合氧化物的催化活性有显著影响,其中碳酸钾、醋酸钾、草酸钾的加入明显提高了改性催化剂的催化活性,而加入硝酸钾反而降低了催化剂活性。     

贵金属负载TiO2对光催化还原CO2选择性的影响

利用光沉积方法在TiO₂表面分别负载1%(质量分数) Pt、Pd、Au和Ag助催化剂.用TEM、XRD、UV-vis等技术对催化剂进行了表征,并利用连续瞬态电流时间响应和线性扫描伏安法等电化学方法,对贵金属负载的TiO₂光催化剂在光照条件下的电流响应强度及电催化析氢电位等特性加以测试.分析了贵金属助催化剂对光催化还原CO₂性能的差异.结果表明,负载贵金属助催化剂能显著加速光生电子空穴的分离,降低复合率;另外,助催化剂对还原CO₂选择性的顺序为Ag>Au>Pd>Pt.贵金属助催化剂还原CO₂的加氢选择性和析氢过电位存在相关性,即越不利于析氢过程的助催化剂,其催化CO₂加氢还原产物的选择性越高.