ZSM-5分子筛酸位分布及其甲醇制烯烃催化性能的定向管理与调控

ZSM-5分子筛在甲醇制烯烃(MTO)过程中的催化性能和反应机理与其孔道中酸位点分布位置紧密相关. 本文证明在水热合成过程中加入适量的钠离子(Na⁺)可以增加ZSM-5分子筛交叉腔酸位点比例; 从而促进高级甲基苯的生成并加速芳烃循环, 有利于乙烯生成. 相反, 在合成过程中不添加钠离子, 所制备的ZSM-5分子筛直孔道和正弦孔道酸位点比例明显提高, 有利于促进烯烃循环并提高丙烯和C₃₊烯烃选择性.     

双矿化剂对合成ZSM-5分子筛酸性和织构特征及其甲醇转化制丙烯催化性能的影响

采用静态水热法在F^--OH^-体系中,以四丙基氢氧化铵为模板剂、偏铝酸钠为铝源、正硅酸乙酯为硅源,合成了纳米SiO₂-ZSM-5分子筛,考察了F^-/Al₂O₃物质的量比对所合成的ZSM-5分子筛织构性质和甲醇转化制丙烯催化性能的影响。结果发现,随着初始溶胶F^-/Al₂O₃物质的量比的增大,产物中SiO₂的含量增大,ZSM-5分子筛的相对结晶度有所降低;同时,分子筛的比表面积和孔容减小、酸强度降低、酸量减少。对于甲醇转化制丙烯,最佳F^-/Al₂O₃物质的量比为12;此时,丙烯选择性高于45%,丙烯/乙烯（P/E）比值大于10。反应机理分析表明,过渡态择形选择性是控制烯烃选择性的重要因素。     

ZSM-5分子筛酸性质对甲醛合成三聚甲醛催化性能的影响

ZSM-5分子筛是合成三聚甲醛的有效催化剂。本工作通过XRF、XRD、SEM、NH₃-TPD、Py-FTIR和²⁷Al MAS NMR等手段对一系列不同SiO₂/Al₂O₃物质的量比的ZSM-5分子筛催化剂进行了表征,研究了ZSM-5分子筛中Brønsted酸中心和Lewis酸中心对其甲醛合成三聚甲醛催化性能的影响。结果表明,SiO₂/Al₂O₃物质的量比为250的ZSM-5分子筛具有合适的Brønsted酸中心用于催化甲醛缩聚为三聚甲醛的反应,同时其Lewis酸中心量极少,可有效抑制Cannizzaro或Tishchenko等副反应,提高三聚甲醛的选择性,因而具有最佳的合成三聚甲醛催化性能。寿命实验评价结果显示,SiO₂/Al₂O₃物质的量比为250的ZSM-5分子筛具有良好的催化稳定性,单程寿命长达114 h,并且可通过550℃焙烧再生恢复其催化活性。     

ZSM-5分子筛晶粒尺寸对C4烯烃催化裂解制丙烯的影响

 采用水热法合成了晶粒尺寸分别为20～30,1～2和0.2～0.3 μm的三种ZSM-5分子筛样品,并用SEM,XRD,氮低温物理吸附,NH3-TPD和TGA等技术对ZSM-5分子筛进行了表征,以考察其晶粒尺寸对C4烯烃裂解生产丙烯过程中催化剂活性和稳定性的影响. 结果表明,在常压,WHSV=10 h-1和550 ℃的条件下,以ZSM-5分子筛为催化剂,通过C4烯烃的催化裂解可以获得高收率的丙烯,反应初期丙烯的单程收率可达38%; 尽管三种晶粒尺寸的分子筛具有相近的比表面积和总酸量,但小晶粒的ZSM-5分子筛(粒径0.2～0.3 μm)具有微孔短、外比表面积大和孔口多等特点,因而表现出较强的容积炭能力和较好的稳定性; 小晶粒的ZSM-5分子筛催化剂经过10次再生重复使用,其催化生成丙烯的收率没有明显降低.     

不同形貌ZSM-5分子筛的制备及其催化甲醇转化制烯烃性能

采用廉价的原料,通过添加尿素及调节碱度,在水热条件下合成了具有不同形貌的ZSM-5分子筛。研究了分子筛形貌对甲醇转化制丙烯催化性能的影响。结果表明,通过控制尿素含量及碱度,可以对ZSM-5分子筛晶体的生长方向及形貌进行调控。当urea/SiO₂(mol ratio)=0.28,Na₂O/SiO₂(mol ratio)=0.035时,所得到的分子筛沿b轴方向生长最慢,产品形貌呈薄片状,厚度为130 nm;在一定范围内提高碱度,会使分子筛形貌逐渐变为纳米颗粒聚集体。ICP、NH₃-TPD和N₂吸附表征结果表明,所合成的分子筛SiO₂/Al₂O₃物质的量比、酸性质及孔道性质接近。催化反应评价结果表明,薄片状样品HZ-1由于在b轴方向上具有更短的扩散路径,且结晶度高,在催化甲醇转化反应中不仅表现出良好的选择性,双烯(乙烯+丙烯)收率可达60%以上;P/E比(丙烯/乙烯)最高可达8.4,在连续反应200 h后,甲醇转化率仍保持在95%以上,表现出优异的催化稳定性。     

ZSM-5分子筛催化甲醇制汽油反应中的晶粒粒径效应研究

通过调控水热合成ZSM-5凝胶液中H_2O/Si物质的量比,实现了粒径为70、200、400和650 nm四种单分散ZSM-5的可控合成。采用XRD、TEM、BET和NH_3-TPD等多种表征对其微观结构进行分析,结合催化性能评价,考察了晶粒粒径对其催化甲醇制汽油反应性能的影响机制。结果表明,整体上随着ZSM-5晶粒粒径的增加,其外比表面积减小,结晶度提高,酸量呈现出先增加后基本不变的趋势。但外表面附着小晶粒的粒径为650 nm的分子筛体现出了大的外表面积和强的酸性。ZSM-5晶粒粒径的增加整体上降低了其催化MTG反应的寿命和最高收率。晶粒粒径为70 nm时,ZSM-5体现出了96 h的催化寿命和30.8%的最高收率。晶粒粒径为650 nm样品由于其大的外比表面积和较强的表面酸性,也体现出91 h的寿命。在大晶粒ZSM-5外表面附着生长小晶粒ZSM-5,是一种制备高性能催化剂的新方法。     

H-ZSM-5分子筛硅铝比对其催化的甲醇转化丙烯选择性的影响

本研究合成了一系列硅铝比不同（SiO₂/Al₂O₃=50-4000），但晶粒粒径相近的ZSM-5分子筛，并考察了硅铝比对甲醇转化反应丙烯选择性的影响。采用XRD、N₂吸附-脱附、NH₃-TPD和Py-FTIR方法对合成的HZSM-5分子筛进行物化性质表征。实验结果表明，随着硅铝比的增大，初始甲醇转化率降低，其中，硅铝比为50-1600的样品可以实现甲醇的完全转化。在甲醇完全转化的条件下，随着硅铝比的增大，丙烯选择性单调增加，从机理角度出发，揭示了甲醇转化制丙烯反应中，甲基化/裂化循环相较于甲基化/脱烷基化循环进行程度更大。此外，本研究提出了在甲醇完全转化条件下，保证最大丙烯选择性所需要的临界酸密度值（[AS]_S），当甲醇进料量为0.162g/min时，该临界值为0.175μmol/m²。     

分子筛硅铝比及晶粒粒径对 Cu-ZnO-Al2O3/HZSM-5催化剂直接合成二甲醚反应性能的影响

采用水热晶化法合成了硅铝比(SiO₂/Al₂O₃)为60、120、200和晶粒粒径分别为1.00和0.25 μm的HZSM-5分子筛,并以其为甲醇脱水活性组分与铜基甲醇合成活性组分(Cu-ZnO-Al₂O₃)组成双功能催化剂(Cu-ZnO-Al₂O₃/HZSM-5),在连续流动加压固定床反应器上考察了Cu-ZnO-Al₂O₃/HZSM-5对合成气直接制二甲醚反应的催化性能。结果表明,随着分子筛硅铝比的提高,二氧化碳副产物的生成量逐渐减少,从而使目的产物二甲醚的选择性逐渐增大。与常规分子筛相比,小晶粒分子筛的反应活性接近,但二氧化碳和烃类副产物的选择性较低。     

磷改性失活TS-1高效催化C5=裂解制备C2=/C3=反应的研究

发展C₅⁼催化裂解高效制乙烯和丙烯(C₂⁼/C₃⁼)技术具有重要的研究意义及工业应用价值,其核心在于高效催化剂的开发.本文发展了以失活钛硅分子筛TS-1(De-TS-1)为催化剂的C₅⁼催化裂解过程,研究发现,P改性后的De-TS-1显示出优异的催化反应性能,C₂⁼+C₃⁼选择性与单程寿命分别达77.1%和213 h,其综合催化性能优于经典的ZSM-5催化剂.进一步研究表明,De-TS-1的Br?nsted性质符合C₅⁼裂解高效裂解的基本要求,P改性可进一步降低De-TS-1中Br?nsted酸的酸密度和酸强度,从而促进了目标产物C₂⁼/C₃⁼生成的主反应,抑制了C₅     

不同模板剂合成具有介微结构的ZSM-5分子筛及其甲醇制丙烯性能

分别采用四丙基氢氧化铵(TPAOH),十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和N-十八烷基-N'-己基-四甲基-1, 6-己二铵(C_18-6-6Br₂)作为模板剂,合成了具有不同介微结构的纳米ZSM-5分子筛(NZ),介孔ZSM-5分子筛(MZ)和纳米薄层ZSM-5分子筛(NSZ).对合成的样品进行X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM), N₂吸附-脱附和氨程序升温脱附(NH₃-TPD)表征,并与传统微孔ZSM-5分子筛(CZ)对比.结果表明,样品的介孔孔容和外表面积大小的顺序为NSZ > MZ > NZ > CZ,强/弱酸之比的顺序为CZ > MZ > NZ > NSZ.在甲醇制丙烯(MTP)反应中,催化剂的介微结构特征影响MTP反应的产物选择性及稳定性,丙烯和总低碳烯烃选择性随着介孔孔容的增加而增加, NSZ样品具有最高的丙烯选择性(47.5%)及总低碳烯烃选择性(78.4%).此外,介孔的引入能适当延长催化剂的寿命,具有适宜酸性质的NZ样品的催化寿命最长(200 h).     

含镓ZSM-5分子筛的制备及其在甲醇芳构化反应中的催化性能

用三种不同方法(水热合成法、浸渍法、离子交换法)制备了含Ga的ZSM-5分子筛,采用XRD、SEM、FT-IR、NH₃-TPD、ICP、XPS和氮吸附等多种技术对其进行了表征,并考察了硅源、Ga含量和Ga的存在状态等对该分子筛结构、酸性及其在甲醇芳构化反应中催化性能的影响。结果表明,硅源种类(硅溶胶、白炭黑、正硅酸乙酯)显著影响分子筛的形貌、晶粒粒径大小及杂原子Ga的存在状态,进而决定其在甲醇制芳烃反应中的芳构化催化活性和稳定性。分子筛中Ga物种主要有骨架Ga、骨架外表面游离态(与分子筛无相互作用)的Ga₂O₃以及与分子筛有相互作用的非骨架Ga三种不同的存在状态。骨架Ga物种以四配位形式存在,提供酸性位点;非骨架Ga作为芳构化活性中心,主要起脱氢芳构化作用。适量的非骨架Ga中心与酸中心协调匹配能有效促进芳烃产物的生成。     

Synthesis of nano/micro scale ZSM-5 from kaolin and its catalytic performance

Nano/micro scale ZSM-5 zeolites were synthesized by using natural kaolin as raw material. The effect of particle size on the catalytic performance of ZSM-5 zeolite for the methanol to olefins conversion was evaluated in a fixed-bed reactor. The results indicated the crystal size had a significant effect on the catalytic stability and the products distribution. ZSM-5 with nanosize showed better tolerance to coke formation, longer catalytic lifetime, and higher selectivity to propylene. The selectivity to propylene on nanosized ZSM-5 was on average 4.5% higher than on the submicron sample and 10% higher than on microsized ZSM-5. After the reaction was conducted for 20 h the ZSM-5 catalyst synthesized from kaolin showed longer lifetime and higher propylene selectivity than the sample synthesized with chemical materials The reason can be explained by the occurence of such elements as Fe, P, and especially Ti.     

不同粒径ZSM-5分子筛在苯与甲醇烷基化反应中催化性能及反应条件优化

采用水热合成法合成了不同粒径的ZSM-5分子筛催化剂,系统考察了分子筛粒径变化对苯与甲醇烷基化反应的影响。研究结果表明,随着ZSM-5分子筛粒径增大,不但苯的转化率和二甲苯选择性降低,而且催化剂稳定性明显下降。其中,粒径为0.25 μm的ZSM-5分子筛在苯烷基化反应中的催化性能最佳,且催化剂稳定性最好。另外,采用拉曼光谱和热重等方法对催化剂积碳物种和失活机理进行了深入研究,发现催化剂失活主要是由于反应过程中生成的大分子稠环芳烃堵塞了分子筛孔道并覆盖活性位点造成的。最后,考察了反应温度、原料组成及空速对苯烷基化反应的影响并优化出最佳的苯烷基化反应条件。     

晶种存在形态对所合成的SAPO-34分子筛性质及其甲醇转化催化性能的影响

采用常规水热合成法、添加粉末晶种和添加含有分子筛前驱体的液相晶种等方法制备了低硅铝比的SAPO-34分子筛。采用XRD、SEM、FT-IR及TPD等表征手段研究了合成方法对晶体结构、形貌、晶粒粒径及酸性的影响。并在固定床上对比了其甲醇转化制烯烃的催化性能差异。结果表明,晶种存在形态对分子筛的结晶度影响不大,但影响了硅在骨架中的分布、晶粒粒径和酸性等。与添加粉末晶种相比,采用含有分子筛前驱体的液相晶种法更有利于减小分子筛晶粒粒径,降低分子筛酸性,提高低碳烯烃选择性。     

Synthesis of symmetrical alkyl-aromatics by use of shape selective catalysts

The concept of shape selectivity is available to produce symmetrical dinuclear aromatic hydrocarbons such as 2,6-dialkylnaphthalene and 4,4′-dialkylbiphenyl, which are the raw materials for liquid crystals and polyester with superior properties, respectively. The ZSM-5 catalyst exhibits high activity and selectivity for the formation of p-xylene in the disproportionation and alkylation of toluene. The catalytic activity of ZSM-5 for the conversion of naphthalene derivatives is markedly low due to its small pore size, although symmetrical dinuclear aromatic hydrocarbons are selectively formed. The high catalytic activity is obtained with twelve-membered ring zeolites. Among these zeolites, mordenite is the most selective catalyst to produce symmetrical dinuclear aromatic hydrocarbons. The precise controls of the size of pore opening and the acidic property are required to enhance the selectivity for symmetrical dinuclear aromatic hydrocarbons. The non-zeolitic molecular sieves also present a great opportunity in high selective synthesis of these compounds.     

Conversion of methanol over 10-ring zeolites with differing volumes at channel intersections: comparison of TNU-9, IM-5, ZSM-11 and ZSM-5

Four 3D 10-ring zeolites, IM-5, TNU-9, ZSM-11 and ZSM-5, with Si/Al = 14-24 and crystal sizes below 2 microns, were tested as catalysts for the methanol to hydrocarbons reaction (MTH) at atmospheric pressure, 350 °C and WHSV = 9 h(-1). All catalysts gave initially full methanol conversion, and showed strikingly similar effluent product selectivities. However, their life-time duration differed significantly, and decreased in the order: ZSM-11 > ZSM-5 ? TNU-9 > IM-5. A main difference between the two groups of stability behaviour was the size of cavities formed by channel intersections; larger cavities in TNU-9 and IM-5 leading to polyaromatics formation and a more rapid deactivation compared to ZSM-5 and ZSM-11. Effluent yield-conversion plots suggested that polymethylated benzene intermediates were more important in IM-5 and TNU-9 than in ZSM-5 and ZSM-11, where alkene methylation and cracking reactions seemed to dominate product formation. However, this difference had only minor influence on effluent selectivity.     

Fabrication of SAPO‐34 with Tuned Mesopore Structure

Crystalline SAPO‐34 molecular sieves with hierarchical network were synthesized employing polyethylene glycol (PEG) as the meso‐generating agent via a self‐assembly strategy. XRD, FESEM, N₂ adsorption‐desorption and FT‐IR spectroscopic analyses showed that PEG co‐template has a decisive role in tailoring the pore structure and producing a tuned structure from microporous towards the mesoporous structure. Also, addition of PEG favored the formation of more uniform and smaller crystals than the conventional SAPO‐34. In fact, PEG did not only control the size of crystals due to its crystal growth inhibiting (CGI) effect but also modified the morphology of the crystals and improved CSD (crystal size distribution) along with induction of mesopores into the porous structure. The modified SAPO‐34 would be recommended for selective formation of light olefins through the acid‐catalyzed reactions, such as the conversion of methanol to olefins/propylene (MTO/MTP) and propane dehydrogenation (PDH) to produce olefins with higher selectivity and catalyst stability than the conventional SAPO‐34.     

SiGeAl-ITQ-13和SiAl(B)-ITQ-13分子筛的合成及其甲醇转化制烃催化性能

采用直接水热合成和后合成两种方法制备Al-ITQ-13分子筛,用于催化甲醇转化制备烃类化合物。采用XRD、²⁷Al MAS NMR、NH₃-TPD、Py-FTIR和SEM等技术对所合成样品进行了表征。结果表明,两种方法制备的Al-ITQ-13结晶度都较高,且晶体形貌为薄片。与ZSM-5相比,Al-ITQ-13在甲醇转化反应中显示出较高的丙烯选择性、较高的丙烯/乙烯产物比以及较好的催化稳定性。同时,由于后合成所得到的SiAl（B）-ITQ-13强酸量减少,其催化性能优于直接合成的SiGeAl-ITQ-13。     

ZSM-5/MCM-41复合分子筛的合成与表征

以碱处理的ZSM-5浆液为硅铝源,通过水热自组装过程合成了介孔-微孔复合孔道结构的分子筛,并采用XRD、BET、HRTEM、Py-IR和水热处理等手段对合成分子筛进行了表征。结果表明,碱处理ZSM-5时的苛刻程度是影响复合分子筛合成的重要因素,适宜的碱处理条件为NaOH浓度1 mol/L、80℃时处理1 h。表征结果表明,复合分子筛具有规整互通的微孔-介孔梯级复合孔道结构,孔容、比表面积和平均孔径分别为0.63 mL/g,684 m²/g和3.76 nm,属典型的MCM-41结构;与MCM-41相比,复合分子筛的B酸(尤其是强B酸)酸量明显增强,水热稳定性显著提高。