两段变温法水热合成多级孔ZSM-5分子筛及其催化裂化性能（英文）

以四丙基氢氧化铵(TPAOH)为单一模板剂,采用低温老化、高温晶化2段变温法合成出了球状多级孔ZSM-5分子筛。利用XRD、FT-IR、NH_3-TPD、SEM、TEM以及氮气吸-脱附等测试对合成样品进行了表征。结果表明:直径约为2μm左右的球状多级孔ZSM-5分子筛颗粒内的晶间介孔和大孔主要由棒状纳米晶堆积而成的,该产品具有较大的比表面积和介孔孔容。同常规水热法一步合成的微孔ZSM-5分子筛相比,2段变温法合成的多级孔ZSM-5分子筛具有更高的B酸/L酸比例(C_(BP)/C_(LP))、强酸/弱酸比例(C_s/C_w)以及活性位可接近性指数(ACI)。催化裂化评价结果显示,得益于活性位可接近性指数等指标的提高,球状多级孔ZSM-5分子筛比常规合成的微孔ZSM-5分子筛具有更高的转化率和丙烯收率等优异的催化性能。     

利用双模板剂的多级孔ZSM-11分子筛的合成、表征和催化性能

ZSM-11与ZSM-5分子筛具有相似的孔道结构,通常表现出相似的催化性能,但近年来的研究发现,ZSM-11分子筛在某些反应过程具有明显优于ZSM-5的催化性能,因而逐渐引起科研界和工业界的广泛重视.但受其微孔尺寸的限制,在使用过程中往往容易积碳,并导致快速失活.为此,向微孔体系引入介孔制备多级孔ZSM-11分子筛是一种规避上述问题的有效方式.我们研究组前期已对分子筛进行碱处理脱硅及在该体系中加入CTAB制备多级孔分子筛进行了系统研究.在此基础上本文通过改变介孔模板剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和微孔模板剂四丁基溴化铵(TBABr)的摩尔比(R),采用一步法制备了一系列多级孔ZSM-11分子筛材料,并通过多种表征手段对材料的性质进行了系统研究.随着R值的增加,广角XRD测试结果表明,产物的结晶度逐渐下降,同时小角XRD测试结果表明产物中逐渐产生有序介孔相; XRF测试结果表明,产物的总包硅铝比呈上升趋势; SEM表征结果表明,首先棒状纳米晶团聚体形貌的ZSM-11分子筛的晶粒尺寸逐渐降低,随后晶粒之间插入无定形样品,直至最终产物几乎完全为无定形材料构成; TEM图片与上述表征结果一致,样品初始晶格条纹清晰且晶粒边缘规整,随后晶粒边缘开始弯曲不平,接着晶体样品中开始产生有序介孔材料,最终几乎完全变为有序介孔材料.综合上述表征结果和相关文献可推测,该有序介孔材料为类MCM-41材料.另外,我们采用N2物理吸附对材料的织构性质进行了考察,发现随着R值增大,产物的微孔减少,介孔增多.然而TEM结果表明,在类MCM-41产生之前,样品中介孔的增多并非来源于晶内孔,而是来源于晶粒之间的堆积孔,这是由于在合成过程中CTAB胶束嵌入ZSM-11的晶粒之间所导致.合成体系的碱度对产物的物化性质和织构性质也起了非常重要的作用.我们将这个体系与NaOH+CTAB对分子筛进行脱硅后处理体系进行了对比,发现虽然前者只能产生晶间孔而后者可产生晶内孔,但碱度对两者的作用相似,即降低碱度均可导致类MCM-41有序介孔相的产生.此外,还通过NH3-TPD和Py-IR技术对材料的酸性进行了考察.基于上述研究结果,提出了多级孔ZSM-11分子筛的形成机理.随着R值的变化,CTAB分别起了覆盖效应、胶束效应和模板效应.这些效应在合成多级孔ZSM-11分子筛过程中相互协同,同时又与TBABr的结构导向效应相互竞争,进而影响合成产物的孔结构、形貌、酸性以及用于二甲醚和苯烷基化的催化性能.     

多级孔IM-5分子筛的简易制备及其在甲烷芳构化中的催化性能

采用一步水热晶化法、不添加第二模板剂、仅通过控制合成条件,制备了具有多级孔道结构的IM-5-H分子筛。多级孔IM-5-H材料展现了与常规IM-5-C分子筛不同的形貌、结构和酸性质。由于IM-5-H分子筛载体介孔结构的促进作用,钼基Mo-IM-5-H催化剂在甲烷无氧芳构化反应中表现出较高的甲烷转化率（13.1%）、芳烃产率（7.5%）和稳定性。该研究为合成多级孔IM-5材料提供了一种简便的方法,同时扩展了微孔-介孔复合材料在甲烷芳构化反应中的应用。     

利用双模板剂的多级孔ZSM-11分子筛的合成、表征和催化性能（英文）

ZSM-11与ZSM-5分子筛具有相似的孔道结构,通常表现出相似的催化性能,但近年来的研究发现,ZSM-11分子筛在某些反应过程具有明显优于ZSM-5的催化性能,因而逐渐引起科研界和工业界的广泛重视.但受其微孔尺寸的限制,在使用过程中往往容易积碳,并导致快速失活.为此,向微孔体系引入介孔制备多级孔ZSM-11分子筛是一种规避上述问题的有效方式.我们研究组前期已对分子筛进行碱处理脱硅及在该体系中加入CTAB制备多级孔分子筛进行了系统研究.在此基础上本文通过改变介孔模板剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和微孔模板剂四丁基溴化铵(TBABr)的摩尔比(R),采用一步法制备了一系列多级孔ZSM-11分子筛材料,并通过多种表征手段对材料的性质进行了系统研究.随着R值的增加,广角XRD测试结果表明,产物的结晶度逐渐下降,同时小角XRD测试结果表明产物中逐渐产生有序介孔相;XRF测试结果表明,产物的总包硅铝比呈上升趋势;SEM表征结果表明,首先棒状纳米晶团聚体形貌的ZSM-11分子筛的晶粒尺寸逐渐降低,随后晶粒之间插入无定形样品,直至最终产物几乎完全为无定形材料构成;TEM图片与上述表征结果一致,样品初始晶格条纹清晰且晶粒边缘规整,随后晶粒边缘开始弯曲不平,接着晶体样品中开始产生有序介孔材料,最终几乎完全变为有序介孔材料.综合上述表征结果和相关文献可推测,该有序介孔材料为类MCM-41材料.另外,我们采用N_2物理吸附对材料的织构性质进行了考察,发现随着R值增大,产物的微孔减少,介孔增多.然而TEM结果表明,在类MCM-41产生之前,样品中介孔的增多并非来源于晶内孔,而是来源于晶粒之间的堆积孔,这是由于在合成过程中CTAB胶束嵌入ZSM-11的晶粒之间所导致.合成体系的碱度对产物的物化性质和织构性质也起了非常重要的作用.我们将这个体系与NaOH+CTAB对分子筛进行脱硅后处理体系进行了对比,发现虽然前者只能产生晶间孔而后者可产生晶内孔,但碱度对两者的作用相似,即降低碱度均可导致类MCM-41有序介孔相的产生.此外,还通过NH_3-TPD和Py-IR技术对材料的酸性进行了考察.基于上述研究结果,提出了多级孔ZSM-11分子筛的形成机理.随着R值的变化,CTAB分别起了覆盖效应、胶束效应和模板效应.这些效应在合成多级孔ZSM-11分子筛过程中相互协同,同时又与TBABr的结构导向效应相互竞争,进而影响合成产物的孔结构、形貌、酸性以及用于二甲醚和苯烷基化的催化性能.     

多级孔IM-5分子筛的简易制备及其在甲烷芳构化中的催化性能（英文）

采用一步水热晶化法、不添加第二模板剂、仅通过控制合成条件,制备了具有多级孔道结构的IM-5-H分子筛。多级孔IM-5-H材料展现了与常规IM-5-C分子筛不同的形貌、结构和酸性质。由于IM-5-H分子筛载体介孔结构的促进作用,钼基Mo-IM-5-H催化剂在甲烷无氧芳构化反应中表现出较高的甲烷转化率(13.1%)、芳烃产率(7.5%)和稳定性。该研究为合成多级孔IM-5材料提供了一种简便的方法,同时扩展了微孔-介孔复合材料在甲烷芳构化反应中的应用。     

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。     

以十六烷基三甲基溴化铵为模板剂合成MCM-41/ZSM-5复合分子筛的研究

采用阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂、以ZSM-5为晶种,在水热晶化条件下合成了同时具有微孔和介孔的MCM-41/ZSM-5复合分子筛;并考察了陈化温度、陈化时间、晶化时间及模板剂用量等条件对合成复合分子筛的影响.通过X射线衍射、扫描电镜、高分辨率透射电镜、红外光谱及N2静态吸附法等手段对合成样...     

介孔分子筛制备技术新进展—二次合成、超分子自组装和介孔生成剂法

具有内部介孔结构的多级孔分子筛兼具微孔分子筛和介孔材料的功能, 拥有良好的传质和催化特性. 在过去的几十年内, 介孔分子筛在催化、 吸附和分离领域发展迅速. 近年来, 新型合成方法的开发在很大程度上实现了介孔分子筛孔道结构、 组分及形貌灵活可控的调节. 本综述讨论了近期出现的多种新合成路径, 重点介绍了近期发展起来的二次合成制备低硅/铝介孔分子筛、 超分子自组装合成介孔分子筛及有机小分子原位合成介孔分子筛技术. 对这些合成技术的机理进行了讨论, 以期为介孔分子筛未来的发展提供思路. 文章的最后还讨论了不同的合成策略所面临的一些关键性挑战.     

蒸汽辅助结晶法合成多级孔整体型ZSM-5分子筛（英文）

多级孔分子筛由于其高的比表面积、良好的传质性能和可调控的孔径等特性,引起了广大科研工作者的研究兴趣.近年来,通过选择性脱除骨架硅或铝,成功合成了多级孔沸石分子筛材料.但是由于骨架原子的脱除使分子筛的结晶度降低,进而使其催化效率降低.通过硬模板法(如炭黑、介孔硅球、气凝胶等),也用于合成多级孔沸石分子筛.然而,这种方法制备过程较为复杂,且成本较高.因此,亟需发展新的多级孔分子筛的制备方法.此外,在工业应用中,沸石分子筛催化剂通常需要做成整体柱状或片形以消除固定床反应器的床层压降.合成整体型沸石分子筛的传统方法是在沸石分子筛成型过程中添加SiO_2和Al_2O_3等无机粘结剂.虽然该方法简单易行,但沸石分子筛的孔道结构容易被破坏,而且无机粘结剂的存在使分子筛活性中心的密度减少.为了解决这些问题,合成整体型多级孔沸石分子筛,不仅具有较强的机械稳定性,适应于工业,而且其多级孔道有利于分子的扩散,从而具有较高的催化活性.针对上述问题,我们以海绵作为模板,通过蒸汽辅助结晶(steam-assisted crystallization,SAC)方法,制备具有多级孔道的整体型ZSM-5分子筛.通过X射线衍射(XRD)、氮吸附脱附、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、固态核磁共振和氨气的程序升温脱附(NH3-TPD)等手段对分子筛进行了结构与性质表征.XRD和固态核磁共振的结果表明,成功合成了不同Si/Al的ZSM-5分子筛.SEM和TEM结果进一步确定了合成的整体型多级孔ZSM-5分子筛(记作M-ZSM-n,n代表Si/Al的摩尔比),由于分子筛颗粒的堆积形成的介孔,海绵模板提供的固体骨架形成的大孔,分子筛本身的微孔,共同构成了微孔-介孔-大孔的整体型ZSM-5分子筛.透射电子显微镜上配备的X射线能谱仪(EDS)结果表明,分子筛中的Si和Al元素能够均匀的分布.氮吸附脱附证明所得整体型分子筛具有明显的介孔结构.NH3-TPD结果表明,不同Si/Al的整体型多级孔ZSM-5分子筛具有不同强度的酸性,其酸性强度:ZSM-5(60)M-ZSM-90M-ZSM-40M-ZSM-60.苯甲醇和己酸的液相反应进一步验证了这一结论,而且合成的整体型多级孔ZSM-5分子筛比传统的ZSM-5分子筛(记作ZSM-5(60))表现出更优异的催化活性.     

介孔分子筛制备技术新进展——二次合成、超分子自组装和介孔生成剂法（英文）

具有内部介孔结构的多级孔分子筛兼具微孔分子筛和介孔材料的功能,拥有良好的传质和催化特性.在过去的几十年内,介孔分子筛在催化、吸附和分离领域发展迅速.近年来,新型合成方法的开发在很大程度上实现了介孔分子筛孔道结构、组分及形貌灵活可控的调节.本综述讨论了近期出现的多种新合成路径,重点介绍了近期发展起来的二次合成制备低硅/铝介孔分子筛、超分子自组装合成介孔分子筛及有机小分子原位合成介孔分子筛技术.对这些合成技术的机理进行了讨论,以期为介孔分子筛未来的发展提供思路.文章的最后还讨论了不同的合成策略所面临的一些关键性挑战.     

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.     

Effect of the Si/Al ratio of HZSM-5 zeolite on the production of dimethyl ether before and after ultrasonication

A series of as-synthesized HZSM-5 zeolites with different Si/Al ratios (25, 90, 120, 240 and 400) were post-treated by ultrasonication for an optimum time of 60 min. The morphology, acidity and textural properties of HZSM-5 were characterized with XRD, SEM, N₂ adsorption and NH₃-TPD techniques. The catalytic performance was evaluated by dehydration of methanol to dimethyl ether (DME), which is a promising gaseous automotive fuel in future. It was found that the Si/Al ratio of HZSM-5 had considerable impacts on its catalytic performance for dehydration of methanol to DME. Its activity increased with decreasing Si/Al ratio from 400 to 25. Ultrasonication of HZSM-5 could significantly improve its catalytic performance.     

介孔氧化铝的制备及其在甲醇脱水制二甲醚反应中的应用

以硝酸铝为铝源,以十六烷基三甲基溴化铵为阳离子模板剂,采用均匀沉淀法成功制得热稳定性较高和高度有序的介孔Al2O3(其比表面积179.8 m2/g,孔径5.4 am,孔体积0.3 cm3/g),并用于甲醇脱水制二甲醚反应中.结果表明,在280℃,液时空速为30 h-1条件下,甲醇转化率为90.2%,二甲醚时空收率最高可...     

Bread-template synthesis of hierarchical mesoporous ZSM-5 zeolite with hydrothermally stable mesoporosity

A hierarchical mesoporous ZSM-5 zeolite has been synthesized by using starch-derived bread as a meso-template. The obtained mesoporous ZSM-5 was characterized with X-ray diffraction (XRD), nitrogen sorption, scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM) and thermogravimetric (TG)/differential thermal analysis (DTA) techniques. Hydrothermal treatments revealed that the mesoporosity in hierarchical mesoporous ZSM-5 exhibited excellent hydrothermal stability. Catalytic tests showed that hierarchical mesoporous ZSM-5 was more active than conventional zeolite of ZSM-5 in catalytic cracking of 1,3,5-tri-isopropylbenzene. Hydrogen adsorption measurements showed hierarchical mesoporous ZSM-5 had a higher storage capacity than the conventional ZSM-5.     

ZSM-5分子筛上烷基化过程中“反向效应”的产生及其克制方法

在综述甲苯择形烷基化机理并分析产生“反效应”的原因的基础上,提出了克制的“反向效应”的设想。Ｓｂ２Ｏ３,ＴｉＣｌ４,ＳｉＣｌ４,Ｈ３ＰＯ４,Ｍｇ（Ａｃ）２等化合物对分子筛进行改性,测定改性前后分子筛的表面酸性与孔结构,关联乙基化反应结果,证实中强酸中心在乙基化反应中的重要作用,认为保持孔道的畅通是解决“反应效应”的关键。并采用了Ｋ－Ｍｇ改性,制备出对甲苯乙基化具有高初活性和高对位选择性的催化剂。     

Extraordinarily high activity in the hydrodesulfurization of 4,6-dimethyldibenzothiophene over Pd supported on mesoporous zeolite Y

Design and preparation of highly active hydrodesulfurization (HDS) catalysts is very important for the removal of air pollution. Herein, we report an extraordinarily active HDS catalyst, which is synthesized by loading of Pd on mesoporous zeolite Y (Pd/HY-M). The mesoporous zeolite Y is successfully synthesized using a water glass containing N,N-dimethyl-N-octadecyl-N-(3-triethoxysilylpropyl) ammonium [(C(2)H(5)O)(3)SiC(3)H(6)N(CH(3))(2)C(18)H(37)](+) cation as a mesoscale template. Compared with mesoporous Beta and ZSM-5 supported Pd catalysts (80.0% and 73.4% for Pd/HBeta-M and Pd/HZSM-5-M, respectively) as well as commercial catalyst of γ-Al(2)O(3) supported Pd catalyst (31.4%), Pd/HY-M catalyst exhibited very high activity in HDS of 4,6-dimethyldibenzothiophene (4,6-DM-DBT, 97.3%). The higher activity of Pd/HY-M than that of Pd/HBeta-M and Pd/HZSM-5-M is assigned to the larger micropore size of zeolite Y compared to that of Beta and ZSM-5. Theoretical simulation and adsorption experimental data show that 4,6-DM-DBT has difficulty entering the micropores of ZSM-5 and Beta zeolites, but the micropores of Y zeolite are accessible.     

Direct synthesis of ordered mesoporous ZSM-5 zeolites from in situ crystallization of carbonaceous SBA-15

Two types of ordered mesoporous ZSM-5 zeolites with different mesopores were synthesized by a two-step method. First,carbonaceous SBA-15 was produced by in situ carbonization of SBA-15/P123 composite. Then the obtained SBA-15/C composite was transformed into crystallized mesoporous ZSM-5 by impregnation TPAOH followed by steam-assisted crystallization. The final calcined samples synthesized with typical SBA-15/P123 precursor showed a wormlike morphology with the mean mesopore size of 4.6 nm, while samples synthesized with the addition of trimethylbenzene as swelling agent in the precursor exhibited the morphology of microsphere with the mesopore size of about 9.5 nm. Both two types of mesoporous ZSM-5 zeolites exhibited large surface area and mesopore structure. The steam-assisted crystallization(SAC) was performed with lower consumption of solvents. This two-step method may also be suitable for synthesizing other ordered mesoporous zeolites used as catalysts in some catalytic processes.     

HZSM-5型分子筛硅铝比对一步法合成二甲醚的影响

以Cu/Zn/Al(摩尔比为6∶3∶1)甲醇合成催化剂与HZSM-5型分子筛混合，制备了一步法二甲醚合成催化剂。通过改用三种不同Si/Al摩尔比（摩尔比为25、38和50）的HZSM-5型分子筛，考察了催化剂中脱水组分（HZSM-5分子筛）的酸性对二甲醚合成的影响。结果表明，随着催化剂Si/Al摩尔比的降低，分子筛的酸性增强，使得CO单程转化率提高。当催化剂Si/Al＝38时，CO对二甲醚的选择性最高，可达到68.13％，其次是催化剂Si/Al＝50，选择性最差的是Si/Al＝25的催化剂。在553 K、 3 MPa和4 000 h－1的条件下，Si/Al＝25和Si/Al＝38的催化剂CO单程转化率和DME的选择性接近一致。在此条件下，两者的时空产率达到试验的最大值，分别为0.38 gDME/(gcat·h)和0.36 gDME/(gcat·h)，在试验范围内，一步法合成二甲醚催化剂最佳的Si/Al摩尔比为25。     

不同碱处理制备多级孔HZSM-5催化剂及噻吩烷基化性能研究

用Na₂CO₃、TPAOH和TPA⁺/CO₃^2-混合碱分别处理HZSM-5分子筛,采用FT-IR、XRD、XRF、N₂吸附脱附、SEM、NH₃-TPD及Py-FTIR表征手段对各类碱处理前后的HZSM-5分子筛进行表征。结果表明,3种类型的碱处理HZSM-5分子筛后,均能形成微孔-介孔多级孔道的HZSM-5(A)催化剂,并能调变催化剂的酸性,其中,TPA⁺/CO₃^2-混合碱处理得到的HZSM-5(TPA⁺/CO₃^2-)催化剂,比表面积最大,介孔数量最多。在小型固定床反应器上,考察了HZSM-5和HZSM-5(A)催化剂的噻吩烷基化性能,结果表明,HZSM-5(TPA⁺/CO₃^2-)催化剂因为具有适当的多级孔孔道和较多的B酸中心而表现出较高的噻吩转化率和1-己烯对噻吩的选择性。     

ZSM-5分子筛骨架铝落位对甲醇转化制芳烃催化性能影响

采用水热合成法,在合成过程中通过添加矿化剂、尿素和改变硅源,制备了不同骨架铝落位的ZSM-5分子筛。通过SEM、XRD、BET、XRF、MAS NMR、NH_3-TPD和Py-FTIR等表征手段对分子筛的形貌、织构、骨架铝落位和酸性进行了系统研究,同时考察了不同ZSM-5分子筛催化剂甲醇制芳烃的催化性能。研究结果表明,制备的ZSM-5分子筛均具有结晶度高和形貌均一等特点,但在骨架铝落位和酸性方面存在显著差异。椭球状ZSM-5分子筛的骨架铝主要分布于直通孔道或正弦孔道中,并表现出较多的酸性位。块状分子筛中骨架铝主要落位在孔道交叉处,且具有较低的强酸量。在甲醇制芳烃反应中,骨架铝主要位于直通或正弦孔道并表现出较多酸性位的椭球状ZSM-5分子筛催化剂具有较高的活性稳定性和芳烃选择性。