催化裂化条件下噻吩与改性Y分子筛的作用机制

以HY、NiY和稀土离子改性的Y分子筛(REY)为研究对象,采用固定床装置评价噻吩模拟油催化裂化性能;运用气相色谱-氢火焰离子发光检测器(GC-FID)、气相色谱-硫化学发光检测器(GC-SCD)和原位红外光谱技术分析产物,关联分子筛的酸性,研究催化裂化条件下噻吩与改性Y分子筛的作用机制。实验结果表明,催化裂化条件下,噻吩与分子筛的作用机制差异主要取决于与B酸或L酸相关的非骨架铝物种或金属离子物种的存在形式。其中,NiY分子筛中,噻吩主要是吸附在与NiOH⁺物种相关的L酸中心,而Ni₄AlO₄³⁺等物种减弱B酸性中心从而降低其裂化性能。对HY来说,噻吩易在与AlO⁺等物种相邻的B酸中心上聚合形成三联噻吩,并发生一定的氢转移和裂化反应;而对REY而言,分子筛中与RE物种相关的L酸位会促进噻吩在与非骨架铝羟基等物种(如Al(OH)₂⁺、Al(OH)²⁺等)相邻的B酸中心形成的二联噻吩发生氢转移和裂化反应。     

La 或 Ce 增强 Y型分子筛结构稳定性的机制

 采用 X 射线粉末衍射、²⁹Si 固体核磁共振、X 射线光电子能谱和扫描电镜及能谱等方法研究了 La, Ce 增强 Y 分子筛结构稳定性的差异. 结果表明, La 和 Ce 的引入均可稳定 Y 分子筛的骨架结构, 但 La 离子比含量相当的 Ce 离子更容易进入分子筛内部和抑制骨架铝的脱除, 因而对分子筛结构的稳定作用更优. 结合量子力学密度泛函计算方法, 从理论上阐述了这种增强机制, 即La 或 Ce 的引入能显著增加分子筛骨架 Al 和相邻 O 原子的作用力, 有效稳定分子筛骨架 Al 位, 并且稀土离子与分子筛间存在较强的作用力; 与 Ce 相比, La 与分子筛的相互作用更大, Al–O 作用力更强, 因此, La 比 Ce 更有利于稳定分子筛的骨架结构.     

离子交换超稳Y型(USY)分子筛的红外光谱研究

用红外光谱法考察了HY,CaHY,LaHY及相应的经超稳化处理的USY,CaUSY,LaUSY分子筛。也对比了HY,USY及其进一步用NH_4~+交换的USYH分子筛。USY的3700cm~(-1)特征谱带强度不仅与Na~+含量有关,也与其它阳离子如Ca~(2+),La~(3+)的含量有关。从OH基伸缩振动区的谱带看到,La有稳定结构羟基和抑制脱铝的作用。观察了各超稳化分子筛的各个OH基谱带及它们在不同吡啶脱附温度下的变化。HY,USY刚USYH的酸量及其强度有很大差别,它们的B酸强度不同,USYH的L酸强度出乎预料地高。正癸烷裂化活性与B酸有较好对应关系。讨论了超稳化处理、阳离子性质、后NH_4~+交换等因素对分子筛的酸性、稳定性和酸中心可接近性的影响。     

稀土含量对Y型分子筛酸性的影响

用离子交换法制备了不同稀土含量的Y型分子筛(REY).X射线衍射分析表明稀土离子已进入分子筛的晶格位置,衍射谱上未出现稀土氧化物的特征衍射峰.用NH3程序升温热脱附法和吡啶红外光谱法研究了分子筛的酸性.结果表明,与稀土含量较低的Y型分子筛相比,高稀土含量的分子筛拥有较少的Lewis酸中心(151 μmol·g-1)和较多的强酸中心.由稀土Y型分子筛制备的模型催化剂的反应性能进一步反映了分子筛酸性随稀土含量的变化规律,随着稀土含量的增加,催化剂的重油产率由5.93%降低到5.15%.此外,吡啶环变形模v19b红外光谱间接证明了稀土离子有抑制骨架Al原子脱出的作用.     

FCC催化剂中REHY分子筛的结构与酸性

 用XRD,N2吸附,NH3-TPD和Py-IR等手段对REHY分子筛进行了表征,并通过多晶XRD法测定了稀土离子在Y分子筛骨架外的分布. 结果表明,在含水条件下,定位于Y型分子筛β笼SⅠ′ 位的RE3+与骨架氧及定位于SⅡ′ 位的H2O配位,稳定了分子筛的骨架,减少了分子筛酸性中的最强酸部分;定位的RE3+通过极化定位的配位水,增加了分子筛的中强酸,减缓了RE3+取代H+所引起的酸量下降. 从结构测定可推测出,在FCC催化剂中Y型分子筛上RE3+的最佳量应为每个晶胞含11个稀土离子,并完全定位于β笼的SⅠ′ 位.     

噻吩在稀土离子改性Y型分子筛上吸附与催化转化研究

以NaY、HY、液相Ce离子交换改性Y分子筛(L-CeY)和稀土离子改性超稳Y分子筛(HRSY-3)为研究对象,运用XRD、N₂吸附、NH₃-TPD和Py-FTIR表征样品的物化性能;采用原位红外光谱技术与程序升温脱附-同步质谱检测联用技术(TPD-MS)研究噻吩在活性中心上的吸附及催化转化行为.结果表明,稀土离子改性不改变分子筛晶体的基本结构但改变其精细结构,并形成一定的介孔,同时降低分子筛强酸位的强度,并生成与稀土离子物种有关的弱L酸位.REY与HY均可通过B酸中心的质子化作用活化噻吩,而稀土离子物种促进氢转移反应及低聚反应的进行,进而利于噻吩裂化反应的进行.     

Ce改性对Y型分子筛酸性及其催化转化性能的调变机制

采用液相离子交换(LPIE)法制备了不同离子交换度的CeY分子筛. 运用电感耦合等离子发射光谱(ICPAES)、X射线衍射(XRD)、N₂吸附等温线和氨气程序升温脱附(NH₃-TPD)等方法对其进行表征, 采用原位傅里叶变换红外(in situ FTIR)光谱技术分别以吡啶和噻吩作为探针分子研究了Ce改性对Y型分子筛酸性能和催化转化性能的影响规律. 结果表明, Ce离子改性不改变Y 型分子筛晶体的基本骨架, 但改变其精细结构. 分子筛改性过程中Ce物种优先定位于方钠石(SOD)笼, 随着稀土离子含量增大, 逐渐出现在超笼中. Ce离子交换过程中产生一定量的Brönsted (B)酸中心, 且其量与强度随着Ce含量的增大均呈现先增加后平稳的趋势. 同时, Ce离子交换产生与非骨架铝物种和铈物种有关的两种强度不同的Lewis (L)酸中心, 且两者均随着Ce含量的增大而增大. 噻吩吸附红外光谱表明, 由于Ce离子改性产生的强B酸中心可导致噻吩在室温条件下即可发生质子化反应, 质子化的噻吩分子可进一步发生低聚反应. 而稀土物种与B酸中心的协同作用有利于低聚反应的发生.     

Ce离子对苯在Y分子筛上吸附扩散行为的影响

采用液相离子交换法制备了不同稀土含量的Y型分子筛(HY、USY和NaY),研究了稀土铈(Ce)阳离子在Y型分子筛上吸附-脱附烃类分子(苯)过程中的作用机理与影响。通过X射线荧光光谱仪(XRF)、智能质量分析仪(IGA)、脱附指数的计算和巨正则蒙特卡罗模拟计算等多种表征计算方法,对引入稀土物种后,Y型分子筛对苯的饱和吸附量、吸附作用力、脱附热力学参数、苯在Y分子筛上的吸附势能分布及扩散行为等方面进行了研究。结果表明,Ce离子对苯在Y分子筛上脱附活化能的降低、吸附作用力的减弱以及吸附态由团聚态向分散态转变等方面具有显著影响,该作用构成了CeY分子筛催化剂在流化催化裂化(FCC)过程中能够优化轻质产品选择性的重要因素。     

31P MAS NMR固体核磁共振研究稀土改性Y分子筛的酸性

以三甲基磷氧（TMPO）和三丁基磷氧（TBPO）为探针分子,用³¹P魔角旋转核磁共振（³¹P MAS NMR）法对稀土改性Y型分子筛的酸性进行了定性和定量分析. 结果表明,以TMPO为探针分子的³¹P MAS NMR谱分别在δ = 78,70,65,62,58,55和53处存在与酸中心相关的吸收峰,其中δ = 78和70处吸收峰与分子筛内部和外部酸性有关,δ = 65,62,58和53处吸收峰归属于TMPO在分子筛内部Brönsted酸中心上的贡献,δ = 55处吸收峰归属于TMPO在分子筛内部Lewis酸中心上的贡献. 随着稀土含量的增加,中等强度Brönsted酸中心（δ = 62和58）数量显著增加,而强Brönsted酸中心（δ = 65）和较弱Lewis酸中心（δ = 55）数量显著降低. 结合分子筛骨架铝和非骨架铝对分子筛酸性的影响进一步探讨了稀土改型Y分子筛的酸性.     

IR. MAS NMR法研究富硅超稳镨氢Y沸石

制备了NH_4Y、USY、PrHY、USPrHY、F8Y及FSPrHY催化剂, 测定其组成和物性. 于红外光谱装置上比较了上述催化剂羟基峰的异同, 通过对吡啶的吸脱附测定了诸催化剂的酸强度. B 酸强度顺序为: FSPrHY>FSY>USPrHY>USY>PrHY>NH_4Y. ~(29)Sit MAS NMR谱表明, 在USPrHY 及FSPrHY 的Si(0Al)%甚多于PrHY 和NH_4Y中的Si(0Al)%. IR、~(29)Si MAS NMR及活性测试等结果说明: 沸石中0NNN铝位的存在, 是达到强酸性的必要条件. 高价稀土阳离子形成(?)及Pr(OH)~(2+)抵消了方钠石笼中AlO_4~-上的电荷, 增强了剩余铝位上羟基酸强度; 且从骨架羟基上吸引电子, 因而使质子酸性更强, 从而提高了裂解、岐化、脱烷基活性.     

Adsorptive removal of halo-olefinic impurities from 1,1,1,3,3-pentafluoropropane over ion-exchanged Y zeolites

Various metal cations exchanged Y zeolites were prepared via the exchange of NaY zeolite with aqueous solutions containing K⁺, Ca²⁺, Cu²⁺, La³⁺ and Ce³⁺ cations, respectively. The influence of the extra-framework cations nature of these ion-exchanged Y zeolites on their adsorption performance for a low content of halo-olefinic impurities, mainly including 1-chloro-3,3,3-trifluoro-1-propene (HCFC-1233zd), 1-chloro-1,3,3,3-tetrafluoro-1-propene (HFC-1224zb) and 2-chloro-1,3,3,3-tetrafluoro-1-propene (HFC-1224xe), in the 1,1,1,3,3-pentafluoropropane (HFC-245fa) product after distillation was investigated. HCFC-1233zd impurity can be substantially removed from HFC-245fa product feed via the adsorption over multivalent metal cations and Cu⁺ cation exchanged Y zeolites, which is ascribed to the formation of π-adsorption complexes between HCFC-1233zd and zeolites, rather than over alkaline metal cations exchanged Y zeolites. Among multivalent metal cations exchanged Y zeolites, CeY has the highest adsorption capacity for HCFC-1233zd and best regeneration performance, due to its lowest density of strong Brønsted and weak Lewis acid sites as well as high framework stability during the regeneration. Regardless of the cations introduced in Y zeolite used as an adsorbent, HCFC-1224zb and HCFC-1224xe impurities are not obviously removed from HFC-245fa product feed via the adsorption, maybe due to more halogen atoms linked with the double bond in them comparing with HCFC-1233zd.     

CuHY分子筛中铜离子的分布与吸附脱硫性能

采用等体积浸渍法制备具有不同Cu担载量的CuHY 分子筛吸附剂. 用X射线衍射(XRD)、比表面积(BET)和氨程序升温脱附(NH3-TPD)技术对分子筛吸附剂进行了表征, 并测定了CuHY 分子筛吸附剂在含二苯并噻吩(DBT)模拟柴油中的吸附脱硫性能; 通过多晶XRD确定了Cu2+在Cu8HY 分子筛笼内的结构与分布. 实验结果表明, 分子筛的骨架结构没有发生改变, 部分Cu2+进入Y型分子筛笼内, 分子筛样品强酸中心有所减少, 中强酸中心有所增加; 进入Y型分子筛笼内的Cu2+, 一部分处于β 笼的SI' 位, 另一部分位于分子筛超笼中的SIII位上, 并与笼内的水分子配位. 处于超笼中的SⅢ位Cu2+对模拟柴油中的DBT分子具有吸附作用, 是吸附脱硫的中心. 而当模拟柴油中存在萘时, 与DBT分子会产生竞争吸附.     

Y型分子筛结构破坏的动力学分析(英文)

Y型分子筛是催化裂化(FCC)的速率控制组分.FCC过程中,催化剂在反应器和再生器中往往面临高温水蒸气存在的苛刻环境.因此,分子筛的热稳定性和水热稳定性是催化剂最为关注的性能之一.由于FCC原料中通常含有V、Ni、Na、Fe等不同数量的金属污染物,会对催化剂造成污染及钝化.进料中存在的卟啉类有机复合物持续不断的沉积在催化剂表面,由于含钒的有机金属卟啉化合物在反应中转化形成V_2O_5,V_2O_5在水热条件下形成H_3VO_4组分,在高温水热气氛下加速分子筛骨架结构水解,破坏了Y型分子筛的晶体结构,从而降低了催化剂活性,影响产品选择性.稀土Y型分子筛在FCC中扮演重要的角色,稀土交换分子筛可以提高催化酸性、裂化活性和热与水热稳定性.此外,Na在高温水蒸气条件下也会对分子筛结构造成破坏.一方面,钠能够中和Y型分子筛B酸中心,降低催化裂化活性;另一方面,水热条件下钠的存在会加速破坏Y型分子筛的结构.有关Y型分子筛结构破坏的机理解释较多,然而该过程的动力学研究鲜有报道.反应动力学不能提供一个直接的反应机理,但是任何反应机理的提出必须符合反应动力学的数据.本文采用离子交换法分别制备了一系列不同Na含量USY,不同稀土含量USY,以及含钠和稀土的USY分子筛,通过固相动力学模型考察了上述Y型分子筛水热结构破坏活化能的变化及钒对其活化能的影响.结果表明,Y型分子筛的结构破坏存在三种路径,分别是脱铝、脱硅和La-O键的断裂.钒加速了分子筛骨架水解速率;钒钠具有协同作用,同时存在时对分子筛破坏作用更加显著;NaOH的形成是速率控制步骤;稀土稳定了分子筛的结构,降低了分子筛的水热脱铝速率;钒与定位于分子筛小笼里稀土作用,破坏分子筛的[RE-OH-RE]~(5+)的RE-O键夺取分子筛的骨架氧,导致骨架结构崩塌.由于稀土本身稳定了分子筛的结构,同时钒稀土作用时形成稳定的REVO_4固定了钒的流动性,因此钒对REY结构的影响是几种因素相互叠加和抵消的结果.     

改性Y分子筛的酸碱性能及吸附性能的研究

吡啶、吡咯、苯、甲苯、乙苯作为探针分子，在Li＋, Na＋, K＋, Cs＋改性的Y型分子筛上进行吸附，用TPD及IR方法系统地研究了不同碱金属离子改性的Y型分子筛的酸碱性能和吸附性能的变化. 结果表明，按Li、Na、K、Cs的顺序, 随着碱金属离子半径的增大, 其L酸酸强度依次减弱，L碱的强度逐渐增强.由于改性Y型分子筛所含碱金属离子的不同，其对芳烃的吸附的强弱及吸附量的大小亦不同.随着骨架外的阳离子的半径逐渐增大，碱的强度逐渐增强，与芳烃的作用愈强烈，导致TPD脱附峰温增高及芳烃和侧链上的C－H伸缩振动谱带向低波数位移愈多.由于位阻的原因，对含同一种碱金属离子的分子筛来说，随着芳烃侧链C数的增加，芳烃的吸附量逐渐减小.     

Effect of cerium, holmium and samarium ions on the thermal and structural properties of the HZSM-12 zeolite

The study of the incorporation of rare earth elements as additives in Y zeolites is a very interesting field of research, mainly by its potential application as additives in catalytic cracking process. In this work was studied the thermal and structural properties of cerium, holmium and samarium supported on HZSM-12 zeolite. The obtained materials were characterized by X-ray diffraction (XRD), infrared spectroscopy (FTIR), nitrogen adsorption, thermogravimetry (TG/DTG), differential scanning calorimetry (DSC) and differential thermal analysis (DTA). TG/DSC/DTA analyses showed that the dehydration temperatures of RE/HZSM-12 zeolites (RE=Ce, Ho, Sm) increase in relation to pure HZSM-12. The acid properties were investigated by pyridine thermo desorption via TG. The results showed two events of mass loss attributed to elimination of pyridine adsorbed on the weak+medium acid sites and on the strong acid sites.     

~(129)Xe-NMR在沸石结构研究中的应用

本文主要采用~(129)Xe-NMR,并结合~(29)Si-与~(27)Al-NMR技术,探讨了在ZSM-5沸石上引入的锌及NaY沸石上引入的稀土阳离子的存在状况,高温焙烧过程对HZSM-5骨架结构的影响。     

铜离子在CuLaHY分子筛中的分布与吸附脱硫性能

在空气气氛中采用等体积浸渍法制备了具有不同Cu担载量的CuLaHY分子筛吸附剂, 并用X射线衍射(XRD)、比表面积(BET)、X射线光电子能谱(XPS)技术对分子筛吸附剂进行了表征. 通过多晶XRD确定了Cu2+及La3+离子在Y型分子筛笼内的结构与分布, 并测定了分子筛吸附剂在含二苯并噻吩(DBT)的模拟柴油中的吸附脱硫性能. 结果表明, 前驱体CuCl2中的大部分Cu物种与LaHY分子筛进行了离子交换, 进入分子筛笼内, 极少部分Cu物种以CuCl形式高度分散在Y型分子筛的笼中. La3+离子及进入Y型分子筛笼中的部分Cu2+离子处于茁笼的SI'位, 而另一部分Cu2+离子与骨架氧和水分子配位, 并牢固地定位于Y型分子筛超笼中的SII及SIII位上. 处于超笼中SII及SIII位上的Cu2+离子对模拟柴油中的DBT分子具有吸附作用, 成为吸附脱硫的中心. 当模拟柴油中有萘存在时, 与DBT分子会产生竞争吸附.     

紫外/臭氧法在脱除沸石有机模板剂中的应用

选取LTA, FAU, BETA, MFI和MEL型沸石, 研究紫外/臭氧法在沸石有机模板剂脱除中的应用, 并与传统高温焙烧法比较, 考察两种方法对有机模板剂的脱除能力. 采用XRD, FT-IR, BET等方法对脱除模板剂前后的沸石样品进行表征, 结果表明紫外/臭氧法是一种低温有效除去沸石模板剂的方法. Beta, silicalite-1和silicalite-2沸石在紫外光照后相应的模板剂四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵和四丁基氢氧化铵已彻底脱除, A和Y型沸石中分别有27.5和6.2 wt%的四甲基氢氧化铵模板剂残留, 这主要是受其特殊β笼结构的限制而引起的.