HZSM-5的表面B酸与催化活性

用离子交换法测定了不同温度下焙烧的HZSM-5沸石表面的B酸量;对用离子交换、TPD及IR等方法测定的酸性结果进行了关联;讨论了表面酸性质对乙酸和乙醇的酯化及乙醇分子间缩合反应活性的影响。结果表明,当焙烧温度低于550℃时,HZSM-5表面的B酸量(0.745—0.727mmol/g)基本上与根据骨架铝计算的理论值(0.735mmol/g)相吻合,说明交换下来的酸与沸石骨架铝密切相关。这部分B酸与HZSM-5的TPD谱图中峰Ⅱ相对应,说明它们是沸石表面的强酸中心,L酸与其它与骨架铝无直接联系的酸是较弱的酸中心。HZSM-5的催化活性随表面B酸量的下降而有规律的下降,而经Na~+充分交换后,用TPD测定的酸量与其催化活性基本无关的事实,说明酯化和乙醇缩合反应主要是在B酸中心上进行的。     

SO3/Y-Al2O3固体酸催化剂的制备、结构与酸性表征

用酸中和法制备了活性γ-Al2O3,并在其表面负载SO3得到固体酸催化剂SO√γ-Al2O3,用XRD,TG-DTA,FT-IR,NMR,NH 3-TPD等对其进行了结构和酸性研究.结果表明在SO√γ-Al2O3的制备过程中形成少量的Al2(SO4)3,同时SO 3与γ-Al2O3表面上的羟基反应,形成强的Bronsted酸位,根据1H/27 Al双共振(TRAPDOR)MAS NMR与FT-IR实验结果提出了Bronsted酸结构模型.SO√γ-Al2O3表面存在两种不同强度的酸中心,其酸强度大于分子筛HZSM-5,但弱于传统的固体超强酸SO2-4/γAl2O3.     

碳四烃在改性HZSM-5分子筛上芳构化研究

研究了炼厂混合C_4烃在Zn、Ga、Cr、La改性的HZSM-5分子筛催化剂上的芳构化反应,采用TPD和IR测定了催化剂的表面酸性质。结果表明,用Zn(3%)和Zn(2%)Ga(1%)改性的HZSM-5分子筛具有较好的芳构化性能;各改性HZSM-5分子筛催化剂芳构化性能变化与表面酸性有关,总酸量下降,芳构化活性下降,强B酸中心减少,深度裂解反应减少;Zn的单组分和双组分改性的HZSM-5分子筛催化剂芳构化活性的增高与表面强L酸浓度增加和吡啶吸附IR谱中的1615cm~(-1)吸收峰出现有关。     

氧化物载负型沸石催化剂的阈值效应( 英文)

用一系列氧化物，如B2O3，Sb2O3和MgO，对HZSM-5沸石以及用Sb203对Hβ沸石进行改性．实验结果表明，这些氧化物可在沸石上自发单层分散且大部分分散的氧化物处于沸石孔内．用XRD及XPS方法测得它们的分散阈值．实验中发现，在甲苯烷基化反应中，对二甲苯选择性防氧化物含量增加而迅速提高；当氧化物在HZSM-5上的载量接近其分散阈值时，对二甲苯选择性达到最大，对某些体系可高达95％左右，而在既Sb2O3／Hβ催化剂上进行间二甲苯异构化反应时，其H甲苯产物中对邻比选择性也在Sb203的阈值附近达到极值，此后基本不再随Sb203载量增加而增大．我们称这一现象为阈值效应．TPD测试结果表明负载氧化物后沸石表面酸性有所削弱，在氧化物载量高于分散阈值后其变化趋于缓慢。阈值效应的产生应是分散的氧化物对沸石的孔道和表面酸性进行单层改性的结果．     

程序升温热脱附研究不同热处理的HZSM-5分子筛的表面酸性和催化活性

用静态程序升温热脱附方法研究了不同热处理条件对HZSM-5分子筛的酸性和催化活性时影响。测得了不同焙烧温度和不同抽空温度下氨在HZSM-5上的热脱附谱,计算了测定条件下所相应的HZSM-5的表面酸中心数。结果表明,在HZSM-5表面上存在的两种强弱不同的酸中心随热处理温度而变化的趋势是一致的。在小于650℃时,焙烧温度对异构化的活性中心的酸强度分布影响不大。不同焙烧温度的HZSM-5上邻二甲苯异构化活性与酸中心数有对应的关系,它们随焙烧温度的变化趋势颇为相似。     

Nb2O5/γ-Al2O3表面铌氧物种的分散状态与酸性特征

负载型Nb2O5是多种催化反应的有效催化剂. 以草酸铌为前驱物, γ-Al2O3为载体, 通过浸渍法制备不同负载量的Nb2O5/γ-Al2O3催化剂. 采用粉末X射线衍射(XRD)、激光拉曼光谱(LRS)和吡啶吸附傅立叶变换红外(Py-IR)光谱方法对催化剂表面铌氧(NbOx)物种的分散特征、酸性特征进行表征, 通过异丁烯(IB)与异丁醛(IBA)缩合生成2,5-二甲基-2,4-己二烯(DMHD)反应评价催化剂表面酸催化活性. 结果表明, Nb在γ-Al2O3表面的单层分散容量(ΓNb)为7.6 μmol·m-2, 与“嵌入模型”理论分析Nb5+分散在γ-Al2O3优先暴露晶面(110)上八面体空位中的单层分散容量值7.5 μmol·m-2接近, 即分散的Nb5+离子键合在γ-Al2O3表面八面体空位中. 在低负载量下, 分散在γ-Al2O3表面的Nb2O5主要以孤立的NbOx物种形式通过Nb—O—Al键与载体表面键合, 与LRS结果一致. 处于孤立状态下的NbOx物种使表面Lewis 酸位量下降. 随负载量的增加, 孤立的NbOx物种通过Nb—O—Nb键连接而聚集, 并形成表面Bronsted酸位, 随着NbOx聚集度增加, 表面Bronsted 酸密度增加, 酸性增强, 对IBA与IB缩合反应催化活性增加. 当负载量超过单层分散容量时, NbOx物种呈现三维聚集状态, DMHD的转化频率(TOF)降低, 同时表面Bronsted 酸性增强, 导致目标产物DMHD 的选择性降低. Nb2O5/γ-Al2O3催化剂表面Bronsted 酸特征与NbOx物种聚集状态密切相关.     

HZSM-5沸石的酸性和芳构化活性研究

较系统地研究了质子化方法、硅铝比、焙烧温度和水热处理条件对HZSM-5沸石的酸性和芳构化活性的影响,比较了不同方法合成的ZSM-5芳构化性能。结果表明:用直接法合成的ZSM-5氢型的芳构化活性较高,且Si/Al 越低,芳构化活性越高。质子化方法对HZSM-5芳构化活性影响不大。B酸量和L酸量均随HZSM-5的Si/Al降低而增加,酸性羟基的稳定性则随Si/Al增加而提高。红外光谱上以1547cm~(-1)表征的B酸量和以3610cm~(-1)表征的羟基量随HZSM-5的焙烧温度升高而近似平行地下降。L 酸量则随焙烧温度升高开始增加,然后迅速下降。水热处理在一定的温度和水汽量范围内,对HZSM-5的酸强度分布和芳构化活性影响不大,超过这个范围,酸性和活性迅速降低。Si-OH-Al 基酸强度不均匀,将最强B酸与芳构化活性相关联,表明最强B酸位是HZSM-5芳构化的活性中心。     

焙烧温度对镧改性HZSM-5表面性质及乙醇脱水制乙烯反应性能的影响

采用浸渍法将稀土金属La负载在HZSM-5分子筛上,考察了在450~600℃范围内焙烧温度对La改性HZSM-5(La/HZSM-5)表面性质及催化乙醇脱水制乙烯性能的影响。X射线衍射和N2吸附-脱附分析分别表明焙烧温度对La/HZSM-5的晶体结构和孔结构影响不大,而NH3程序升温脱附测试则表明随着焙烧温度的升高La/HZSM-5的表面酸量和酸强度均有明显下降的趋势,相应的催化性能测试表明催化剂的活性和寿命也随之下降,这可归结于不同焙烧温度下La物种形态差异的结果。以450℃下焙烧制备的3%La/HZSM-5为优选催化剂,在最佳的反应条件下,其单程使用寿命可达108天。     

重氮甲烷对HZSM-5分子筛表面酸性的影响

本文利用重氮甲烷对HZSM-5分子筛表面酸进行改性,并对改性后的样品考察其表面性质和反应活性的变化。实验结果表明,改性后HZSM-5的比表面积明显降低,表面总酸量大大减少;改性前后的样品经水蒸汽处理后,其总酸量均比未经水蒸汽处理样品的高;在改性后的HZSM-5样品上,乙炔聚合反应的结焦量大大降低,甲醇脱水反应产物分布发生明显变化。     

硼改性HZSM—5沸石对甲苯乙基化的择形催化作用

采用XRD、XPS、BET吸附、脉冲中毒、TPD、IR等方法,探讨了硼改性后HZSM-5沸石分子筛孔结构和表面酸性的变化对甲苯和乙醇烷基化反应活性和选择性的影响。BHZSM-5沸石催化剂能在活性稍有降低的基础上使甲乙苯产率和对甲乙苯选择性大大提高。当烷基化剂乙醇含水量少于30%时,也得到相近的结果。处理剂H_3BO_3是以B_2O_3的形式分布于沸石晶内外的,使其晶面间距,比孔容、比表面减小,而Γ_(p-ET)/Γ_(m-Et)增大。表明沸石孔道变窄,对甲乙苯相对更易扩散。同时,B_2O_3也调变了HZSM-5沸石的表面酸性。外表面酸中心为B_2O_3所覆盖,以致脉冲中毒实验中,4-甲基喹啉基本不起作用。TPD谱中表征强酸中心的高温峰消失。IR谱中表征B酸中心、L酸中心的特征吸收带强度变弱,即B、L酸中心数同时减少。不是所有酸中心都是活性中心,只有处于一定大小空间、具有适当强度的酸中心才能满足对烷基化反应活性和选择性的要求。此外,ESR谱表明,L酸中心参与了甲苯烷基化过程。     

MgO/HZSM-5中MgO分散状态和催化性能的关系

以硝酸镁、醋酸镁为前身物,通过浸渍法制备了不同系列MgO/ HZSM-5催化剂,用XRD、XPS方法研究了MgO在HZSM-5上的分散状态,用NH3-TPD方法考察了催化剂的酸性,用常压连续流动微型反应装置考察MgO/ HZSM-5在甲苯甲醇烷基化反应中的催化性能.发现前身物不同,MgO在HZSM-5上的分散状态也不同,催化剂的活性和选择性与MgO分散状态密切相关.MgO负载量相同时,在以硝酸镁为前身物制备的催化剂中,MgO在HZSM-5内外表面均有分散,催化剂的对位选择性较高,而活性较低;在以醋酸镁为前身物制备的催化剂中,MgO较多分布在HZSM-5外表面,催化剂的活性较高,但选择性较低.使用醋酸镁为前身物,通过二次浸渍和高温水汽处理,适当改变MgO在分子筛表面的分布并使孔道窄化,可在活性降低较少的情况下显著提高催化剂对二甲苯选择性.     

HZSM-5沸石上酯化反应的研究

以醋酸和乙醇的酯化为典型反应,讨论了一系列HNaZSM-5沸石的阳离子交换度对酯化活性和选择性的影响,并与不同交换度的HNaZSM-5沸石的TPD酸性测定结果进行了关联。考察了不同温度焙烧的HZSM-5对酯化活性和选择性的影响,并与不同温度焙烧的HZSM-5沸石吸附吡啶的红外光谱进行了关联。结果表明,酯化反应既可以在B酸中心上进行,亦可以在L酸中心上进行;而乙醇分子间脱水主要是在B酸中心上进行。有机胺中毒实验的结果证明,酯化反应主要是在HZSM-5沸石的内表面上进行的。     

LaHY表面与NaOH的作用及酸性表面性质研究

用正丁胺滴定和吡啶—红外光谱法,研究了LaHY表面上酸性中心与NaOH的作用机理及酸性表面性质。NaOH与LaHY表面上酸性中心作用的计量比与正丁胺滴定时不同。中和同样数量的酸性中心所消耗NaOH的当量数比正丁胺多,其差值与Lewis酸的含量有关。假定NaOH与LaHY表面上酸性中心作用的机理为:一当量Bronsted酸与一当量NaOH作用,而一当量Lewis酸消耗两当量NaOH,则可借助正丁胺滴定和NaOH中和法测定Bronsted酸和Lewis酸的含量。红外光谱测定的结果支持这一观点。 研究结果还表明,LaHY表面的酸性分布是不均匀的,异丙苯裂解反应是在不同强度的酸性中心上进行的。不同强度的酸性中心对总活性的贡献不同,而贡献的大小又与反应温度有关。     

HZSM—5沸石内外表面酸,孔大小和择形催化性能的研究

用吡啶、2,4-二甲基喹啉及NH_3吸附的TPD法测定了HZSM-5沸石的内、外表面酸量和酸分布,用环己烷吸附速度和吸附量表征孔大小,以乙苯歧化和对二乙苯异构化作研究择形催化反应.结果表明,HZSM-5外表面酸约占总酸量的20％,内、外表面酸均为非均匀分布.强酸位是对二乙苯和乙苯裂化的活性中心,而对歧化和异构化反应生成对位异构体的选择性影响不大.间二乙苯主要在内表面酸中心上生成,而对二乙苯在外表面酸位上异构化不是主要途径.对位选择性的提高与环己烷吸附速度减小有很好的对应关系,而与酸量变化关系不大.虽然中强和弱酸位对对位选择有一定影响,但影响对位选择性的主要因素是沸石的孔径大小.     

不同金属改性HZSM-5催化剂的甲醇羰基化反应性能

以具有酸性特性的HZSM-5分子筛为载体,结合金属本身具有的羰基化活性,可以更好的提高羰基化反应效率。采用负压沉积沉淀法对HZSM-5催化剂进行Pt、Pd、Cu、Au、Zn改性,制备不同酸度的催化剂。利用X射线衍射、NH₃程序升温脱附、吡啶吸附FTIR、N₂吸附-脱附和X射线荧光分析研究了不同金属对催化剂物理化学性质及不同负载型HZSM-5催化剂对甲醇羰基化产物的分布和产率的影响。结果表明,不同金属的引入对HZSM-5催化剂的比表面积、孔径和孔体积影响较小,但明显地改变了催化剂表面的酸强度。Pt、Au、Zn和Cu改性后的催化剂更有利于甲醇羰基化反应的进行,其中Cu/HZSM-5催化剂在400℃的甲醇转化率高达90.2%,比HZSM-5催化剂的甲醇转化率高12%,但目标产物的选择性比Pt/HZSM-5及Au/HZSM-5的低。总的来看,金属的引入改变了催化剂表面Brønsted酸（B酸）和Lewis酸（L酸）中心的数量,甲醇的转化率随总酸量的增加而增加,催化剂表面B酸与L酸的比例在0.3~0.5时,催化剂表现出更好的羰基化作用。     

氟氯有机化合物对分子筛催化剂的改性——Ⅱ.CF_3Cl对分子筛催化剂的改性研究

用XRD,IR,XPS和TPD等方法,考察了用CF_3Cl处理的一系列含氟量不同的HZSM-5,HM分子筛的结构和表面性质的变化。结果表明,改性后催化剂的表面与体相有脱铝现象,并有新物相生成。少量氟的掺入可提高酸中心的强度,使中等强度B酸中心数增加。改性后的HZSM-5和HM对甲苯歧化反应的活性和稳定性都有所改善。     

Co/HZSM-5分子筛催化醛氨缩合反应活性的研究

研究了担载不同钴含量的Co/HZSM-5分子筛的表面酸性以及醛氨缩合反应的催化活性和选择性.结果表明,钴组元的引入,使HZSM-5表面L酸增加,B酸略减少;弱酸增加,强酸减少,总酸量增加;催化剂的孔体积和比表面都随钴含量的增加而减小.反应中吡啶、2-甲基吡啶和3-甲基吡啶的总收率随担载的钴含量的增加先增加后降低,当钴担载量为0.51%时,催化活性达到最高,三种吡啶同系物的收率达到最大(61.3%).此外,还讨论了Co/HZSM-5催化剂的表面酸性与醛氨缩合催化活性的关系.     

酯化反应中 HZSM-5的催化性能——Ⅰ.焙烧温度对HZSM-5催化性能的影响

采用固定床反应器,考察了焙烧温度对HZSM-5酯化活性、选择性及稳定性的影响。实验结果表明,在实验条件下,部分正丁醇在HZSM-5上脱水生成丁烯,但乙醇不生成乙烯。三种丁烯异构体的生成说明在HZSM-5上的脱水是按正碳离子的机理进行的。稳定性的实验结果表明,丁烯的聚合结焦主要是在强酸中心上进行的。在不同温度焙烧的HZSM-5上酯化反应表明,酯化反应既可以在B 酸中心上进行,亦可以在L 酸中心上进行;而乙醚、正丁醚和丁烯主要是在B 酸中心上产生的。     

HZSM-5分子筛上CO2和NH3吸附及乙醇脱水反应选择性的研究

用TPD和脉冲微型反应器分别测定了HZSM-5上CO_2和NH_3的吸附量及乙醇脱水反应的活性和选择性。HZSM-5吸附NH_3后的TPD谱图上出现两个峰,T_M值分别为 296和500℃。随着Na交换度的增大,NH_3吸附量增加;交换度40—50％时,开始出现第Ⅱ峰,以后渐增。CO吸附在HZSM-5上也有两个脱附峰即L-峰和H-峰,T_M值分别为126—156°和 380一460℃。随着交换度的增大,H-峰减小,而L-峰在交换度为20％时最大,交换度为40—50％时,乙醇脱水反应活性和生成乙烯的选择性最高。脱水反应主要在第Ⅰ峰对应的酸中心上进行。交换度约20％时,生成乙醚的量最大,所以脱水生成乙醚比生成乙烯需要较弱的酸性,脱水反应虽然主要在酸中心上进行,但碱中心也起一定作用。     

分子筛的酸处理对Mo/HZSM-5催化甲烷无氧芳构化反应性能的影响

 采用HNO3溶液对HZSM-5分子筛进行预处理,并以处理后的分子筛为载体制备了Mo/HZSM-5 催化剂. 结果表明,改性的Mo/HZSM-5催化剂在甲烷无氧脱氢芳构化反应中表现出很好的稳定性,显著地抑制了积炭物种在催化剂表面的形成. SEM,XRD和1H MAS NMR等表征结果表明,酸处理在一定程度上降低了HZSM-5分子筛的结晶度,使部分Al物种脱离骨架结构,迁移到骨架外形成新的表面Al羟基,从而使HZSM-5分子筛上B酸中心的数目明显减少. 未经改性的Mo/HZSM-5催化剂表面,平均每个晶胞中有1.12个B酸位,而改性的Mo/HZSM-5催化剂表面,平均每个晶胞中仅有0.88个B酸位. 这表明过多的酸性位存留在催化剂上会引起积炭的生成,降低催化剂的稳定性.