磷酸修饰MCM-49分子筛的结构、酸性及苯与丙烯液相烷基化反应催化性能

在10 L反应釜中用动态水热法合成了MCM-49分子筛, 采用浸渍方法制备了磷酸修饰MCM-49分子筛, 并用XRD, 氮气吸附-脱附, NH3-TPD, FTIR和27Al MAS-NMR等方法进行了表征. 考察了磷酸修饰MCM-49分子筛在苯与丙烯液相烷基化反应中的催化性能. NH3-TPD和FTIR表征结果说明, 磷酸修饰处理使MCM-49分子筛的BrΦnsted酸和Lewis酸的酸量降低, 强酸中心酸量略有降低. 27Al MAS-NMR结果表明磷酸修饰使MCM-49分子筛骨架部分脱铝, 脱除的铝与磷酸作用生成了磷铝酸盐. 在实验条件下, MCM-49分子筛的丙烯转化率为99.6%, 异丙苯选择性为75.3%. 磷酸修饰处理提高了苯与丙烯液相烷基化反应产物中异丙苯的选择性. 磷负载质量分数为2.0%的MCM-49的丙烯转化率和烷基化产物的总选择性(包括异丙苯、二异丙苯和三异丙苯 )与MCM-49相当, 而异丙苯的选择性提高了7.2%.     

MCM-56分子筛催化苯与丙烯液相烷基化反应性能

在晶化釜内动态水热合成了MCM-56分子筛, 采用过氧化氢回流处理方法脱除模板剂, 获得了高比表面积分子筛MCM-56[MCM-56(H2O2)]. 采用XRD, N2气吸附-脱附, NH3-TPD和FTIR等对其结构和酸性进行表征, 考察了HMCM-56(H2O2)分子筛在苯与丙烯液相烷基化合成异丙苯中的催化性能. 研究结果表明, 过氧化氢回流处理能够有效去除模板剂. 与焙烧去除模板剂的HMCM-56(C)相比, HMCM-56(H2O2)分子筛的BET比表面积达到563 m2/g, 外表面积提高近2倍. 酸性表征说明, 与HMCM-56(C)相比, HMCM-56(H2O2)的总酸量较高而酸强度分布不变. 在苯与丙烯液相烷基化反应中, HMCM-56(H2O2)分子筛表现出更好的低温活性和更高的异丙苯选择性.     

纳米级MCM-49分子筛催化苯与1-十二烯烷基化反应的性能

 在低碱度下合成了纳米级MCM-49分子筛,采用XRD,TEM,NH3-TPD,吸附吡啶的红外光谱和异丙苯裂解等技术对分子筛进行了表征. 催化剂评价结果表明,纳米级MCM-49分子筛在30~160 ℃下对苯与1-十二烯的烷基化反应具有良好的催化性能,烯烃的转化率高于99.6%,直链烷基苯的选择性大于97%,2-和3-位直链烷基苯的选择性大于67.5%. 常规的微米级MCM-49分子筛在低温下的催化活性低于纳米级MCM-49分子筛. ZSM-5,M型分子筛和MCM-41分子筛催化烷基化反应的活性较低,Y型分子筛虽具有较高的催化活性,但生成2-和3-位直链烷基苯的选择性明显低于MCM-49. MCM-49的骨架结构与MCM-22相似,晶体外表面上含有大量的12元环孔穴,该结构有利于烷基化反应的进行.     

MCM-36分子筛的合成及其苯与丙烯烷基化性能研究

分别从MCM-22和MCM-49前驱体出发合成了MCM-36分子筛, 在液-固固定床反应器上对MCM-36分子筛的苯与丙烯液相烷基化反应性能进行了评价. 由MCM-22前驱体出发合成的MCM-36(A) 结晶度良好, 比MCM-22具有更高比表面积和介孔孔容, 酸量明显下降. 由MCM-49前驱体出发合成的MCM-36(B)的比表面积和介孔孔容增加, 小角XRD特征衍射峰强度低于MCM-36(A), 与MCM-49相比酸量下降幅度较小. 在苯与丙烯液相烷基化反应中MCM-36(A)的活性与MCM-22相当, 丙烯的转化率大于99.5%, 异丙苯的选择性比MCM-22提高了7%. MCM-36(B)的反应活性高于MCM-36(A), 而异丙苯的选择性低于MCM-36(A). MCM-36分子筛上苯与丙烯液相烷基化反应活性的提高归因于有效酸性位的增加,异丙苯选择性的提高则主要归因于B酸量的降低.     

水蒸气处理改性的SAPO-11分子筛催化合成2,6-二甲基萘的研究

采用水蒸气对SAPO-11分子筛进行改性.通过XRD、SEM、NH3-TPD以及N2吸脱附等表征手段对改性前后SAPO-11分子筛的结构、酸性进行表征,并研究了改性后分子筛催化合成2,6-二甲基萘反应性能的影响规律.结果表明,水蒸气处理使SAPO-11分子筛发生骨架脱铝,酸中心数量减少,比表面积和孔体积有所下降,从而使2,6-二甲基萘的选择性、2,6-二甲基萘与2,7-二甲基萘的比值及催化稳定性提高.     

磷改性MCM-22分子筛上苯与1-十二烯烷基化合成十二烷基苯

采用浸渍法制备了一系列用于苯和 1-十二烯烷基化合成十二烷基苯的磷改性MCM-22分子筛,以X射线衍射(XRD)和固体 27Al、31P 核磁共振, N2吸附,氨程序升温脱附(NH3-TPD), 热重(TG)和红外光谱(FT-IR)等表征技术,结合固定床连续流动反应器中的性能评价,较为系统地研究了磷改性对MCM-22分子筛的结构、表面酸性及其烷基化催化性能的影响. 结果表明,用磷改性MCM-22分子筛虽然不会影响分子筛的晶体结构,但是会破坏分子筛上的 Si - O - Al 键,使部分四配位铝转化为六配位铝. 由于聚合态的磷酸盐可能与Al发生键合,多聚态磷酸盐数量随着磷含量的增加而增多,从而改变了分子筛的孔道大小和酸性,使得强酸减少,弱酸增多,酸强度降低,总酸量和B酸中心数随着磷含量的增加呈现先增后减的规律, L酸减少. 适当的磷含量有利于提高MCM-22分子筛对苯与 1-十二烯烷基化反应的催化选择性和稳定性,改性磷含量为0 5%左右时产物 2-十二烷基苯收率最高.     

以微孔沸石MCM-49和MCM-56为硅铝源合成强酸性介孔分子筛

以相同硅铝比的微孔沸石MCM-49 和MCM-56为硅铝源, 通过碱处理和十六烷基三甲基溴化铵模板剂, 合成了具有较强酸性的六方结构介孔分子筛材料MM-49和MM-56, 并采用XRD、红外光谱、氮气吸附-脱附等方法对其进行了结构表征, 采用NH3-TPD和IR-吡啶吸附方法对其进行了酸性表征. 实验结果表明, MM-56和MM-49具有明显强于常规介孔分子筛酸性的特点, 在苯酚与叔丁醇的烷基化反应中表现了良好的催化性质.     

纳米硅铝介孔分子筛的合成及其催化裂化性能

采用低温晶化法一步合成了纳米硅铝介孔分子筛( 记为Z-1),并通过XRD、BET、N2吸/脱附曲线和TEM等手段对其结构性质进行了表征.结果表明:所合成的分子筛具有类似MCM-41的六方结构,较好的介孔特征,孔分布狭窄,纳米级晶粒( 40～50 nm ).用氨气程序升温脱附（NH3-TPD）法测试了其酸强度;并采用脉冲法,以异丙苯和1,3,5-三异丙苯的催化裂化为探针反应,考察了该分子筛的催化裂化性能和水热稳定性.Z-1与后嫁接法制得的AlMCM-41相比,呈现出较高的催化活性、选择性和蒸气稳定性.     

磷酸三乙酯改性HZSM-5沸石的活性及理论研究

采用XRD表征了水蒸气和磷联合改性的HZSM-5沸石分子筛的结构．通过NH3-TPD和N2吸附脱附研究了样品的酸性和比表面．采用正庚烷的裂化反应研究了样品的裂化活性，研究结果表明，磷改性样品与母体样品相比，经过水蒸气处理后显示出较高的酸量和正庚烷裂化活性．上述结果首次用模型簇和计算量子化学方法进行了解释．采用Gaussian94软件包和PM3半经验量子化学方法对模型簇进行了全优化和频率分析．计算结果显示磷改性后样品的脱铝补硅反应热大于母体样品脱铝补硅反应热，从而显示出磷对骨架的稳定化作用．     

改性ZSM-5-SBA-15及甲苯甲醇烷基化性能研究

通过浸渍法对ZSM-5进行金属M(M为Mg、Ni、Sr)改性,合成法制备了M-ZSM-5-SBA-15复合分子筛,采用XRD、N2吸附-脱附、FT-IR、NH3-TPD和Py-FTIR等技术对样品进行表征,考察了HZSM-5的硅铝比、不同金属对ZSM-5-SBA-15复合分子筛烷基化性能的影响。结果表明,HZSM-5的硅铝比为80时,ZSM-5-SBA-15复合分子筛的烷基化性能较好,Sr的引入钝化了ZSM-5-SBA-15(80)的强B酸中心,降低了B酸与L酸的比值,Sr-ZSM-5-SBA-15(80)的甲苯甲醇烷基化性能明显提高,甲苯转化率为30.15%,对二甲苯选择性为77.41%。     

超细NaY分子筛的深度脱铝

通过优化和组合不同脱铝补硅方法,依次经氟硅酸铵处理、600oC水热处理、硅溶胶+草酸处理和800oC水热处理过程,成功实现了200nm超细NaY分子筛的深度脱铝,最终产品骨架硅铝比高达27.3,比表面积为581.9m2/g,分子筛结晶度保持在65%以上.结果表明,对于超细NaY分子筛脱铝,第一步采用氟硅酸铵进行部分缺陷修补尤为重要.根据分子筛晶粒尺寸不同,需严格控制氟硅酸铵用量和处理次数.当晶粒为200nm时,氟硅酸铵与分子筛骨架铝的摩尔比为0.16,处理一次较为适宜.在连续脱铝过程中及时补修脱铝产生的缺陷是保障超细NaY分子筛成功脱铝的关键,而采用氟硅酸铵、硅溶胶、800oC高温水热处理,可有效实施这种骨架修正作用.     

脱铝丝光分子筛应用于MTP反应:Al的落位和晶体形貌的影响

甲醇制烯烃/丙烯工艺(MTO/MTP)是当前煤基碳资源绿色催化转化的重要过程之一.在MTO/MTP工艺中,分子筛通常面临低碳烯烃选择性低、水热稳定性差和寿命短等挑战.开发高选择性和高稳定性的分子筛催化剂对煤基乙烯/丙烯等化学品的工业生产具有重要意义.本文选择了具有12元环孔道的低硅丝光分子筛(Si/Al=6)为母体,对其进行脱铝处理制备了一系列不同Al含量的高硅丝光(Si/Al=51?436)催化剂.通过N_2-吸附、NH₃程序升温脱附、羟基红外光谱、CD3CN-IR和Py-IR等技术对脱铝前后分子筛的孔道结构、酸密度、酸强度和铝的落位进行了深入研究,并将其与MTP反应性能进行关联.结果表明,骨架Al的脱除在晶体中引入了介孔.随着Si/Al的提高,分子筛的酸量和酸强度同时降低.深度脱铝后的丝光分子筛中只存在少量位于8元环侧口袋与12元环交叉口处的T2和T4位Al原子.Si/Al高于150的脱铝丝光分子筛在MTP反应中丙烯选择性高达63%,丙烯/乙烯的比值高达10.与低硅丝光分子筛相比,深度脱铝的丝光分子筛表现出更好的稳定性和更长的寿命.相同反应条件下,低硅丝光样品(Si/Al=6)反应2 h后完全失活(转化率低于10%),而高硅丝光样品(Si/Al=274)反应132 h后转化率仍然高于80%.丝光分子筛在脱铝处理后催化性能得到大幅提升的原因为:酸密度和酸强度的降低显著改变了双循环机理历程,反应中芳烃循环的比重下降,烯烃循环得到了增强,进而提高了丙烯选择性并抑制了积碳速率.此外,脱铝后保留下来的Al原子(活性中心)位于12元环孔道,其大孔结构与脱铝引入的介孔孔道为反应物、中间体及产物的扩散提供了充足的空间,进一步抑制了副反应的发生和积碳的生成.进一步研究丝光分子筛形貌对MTP反应的影响发现,丝光分子筛尺寸的变化不改变产物分布,但显著影响催化剂寿命,其原因在于丝光分子筛c-轴长度的增加使得烃池物种的扩散受到限制,导致催化剂的寿命降低.     

Dealuminated ZSM-5 Zeolite Catalyst for Ethylene Oligomerization to Liquid Fuels

Ethylene oligomerization using ZSM-5 zeolite was investigated to study the role of Bronsted acid sites in the formation of higher hydrocarbons. The oligomerization of olefins, dependent on the acidity of ZSM-5 zeolite, is an important step in the conversion of natural gas to liquid fuels. The framework Si/Al ratio reflects the number of potential acid sites and the acid strength of the ZSM-5 catalyst. ZSM-5 with the mole ratio SiO2/Al2O3 equal to 30 was dealuminated for different periods of time according to the acidic ion-exchange method to produce ZSM-5 with various Si/Al ratios. The FT-IR analysis revealed that the integrated framework aluminum band, non-framework aluminum band, and silanol groups areas of the ZSM-5 zeolites decreased after being dealuminated. The performance of the dealuminated zeolite was tested for ethylene oligomerization. The results demonstrated that the dealumination of ZSM-5 led to higher ethylene conversion, but the gasoline selectivity was reduced compared to the performance     

Dealuminated ZSM—5 Zeolite Catalyst for Ethylene Oligomerization to Liquid Fuels

Ethylene oligomerization using ZSM-5 zeolite was investigated to study the role of Broensted acid sites in the formation of higher hydrocarbons,The oligomeriztion of olefins,dependent on the acidity of ZSM-5 zeolite ,is an important step in the conversion of natural gas to liquied fuels,The framework Si/Al ratio reflects the number of potential acid sites and the acid strength of the ZSM-5 catalyst,ZSM-5 with the mole ratio SiO2/Al2O3 equal to 30 was dealuminated for different periods of time according to the acidic ion-exchange method to produce ZSM-5 with various Si/Al ratios,The FT-IR analysis revealed that the integrated framework aluminum band,non-framework aluminum band,and silanol groups areas of the ZSM-5 zeolites decreased after being dealuminated,The performanc of the dealuminated zeolite was tested for ethylene oligomerization.The results demonstrated that the dealumination of ZSM-5 led to higher ethylene conversion,but the gasoline selectivity was reduced compared to the performance of a ZSM-5 zeolite ,The characterization results revealed the amount of aluminum in the zeolitic framework,the crystallinity of the ZSM-5 zeolite,and the Si/Al ration affected the formation of Broensted acid sites,The number of the Broensted acid sites on the catalyst active sites is important in the olefin conversion to liquied hydrocarbons.     

渣油FCC改性Y沸石研究

研究了不同方法和不同程度脱铝对Y型沸石浸镧老化后的结构性质和催化裂化性能的影响。结果表明，氟硅酸铵脱铝补硅和水热处理两个步骤联合，所得样品骨架铝分布均匀，通过控制脱铝程度可更有效地抑制结焦并保持催化裂化高活性；草酸脱铝和水热处理联合，所得样品二次孔结构发达，具有更好的渣油裂化生成液态低碳烃选择性。     

水热处理对MCM-22催化剂酸性、孔结构及甲苯/甲醇烷基化性能的影响

采用XRD, NH3-TPD, IR和低温氮气吸附等方法研究了分别以纯水蒸气和质量分数为6％的氨水蒸气处理MCM-22分子筛催化剂后, 其酸性和孔结构的变化, 并以甲苯、甲醇烷基化为探针反应考察了催化剂的催化性能. 研究结果表明, 在两种不同介质中和处理温度不高于400 ℃条件下, 催化剂的总酸量变化不大, 强酸中心有所增加; 处理温度高于500 ℃后, 催化剂的总酸量明显下降, 强酸中心基本消失; 经水热处理后, MCM-22分子筛催化剂中形成了孔径不均匀的二次孔, 平均孔径增大. 随着处理温度的提高, 催化剂的活性降低, 对二甲苯和邻二甲苯的选择性上升. 经500 ℃纯水蒸气处理5 h的MCM-22催化剂, 具有适宜的酸强度和酸类型分布, 有利于甲苯甲醇烷基化反应的进行, 且催化剂维持了较高的催化活性并具有一定的对位选择性(甲苯转化率和对二甲苯选择性分别29.22％和42.16％).     

不同模板剂含量MCM-49分子筛的CTAB修饰及在苯甲醚酰基化反应中的应用

芳香族化合物的Friedel-Crafts酰基化反应是制备芳香酮的一类重要反应,传统的Lewis酸(如AlCl3)和质子酸(如H2SO4)催化剂易制备,价格便宜,但存在对环境污染严重、与产物难分离等问题.因此,近年来研究者一直致力于环境友好催化剂的研发,其中分子筛因选择性好、与产物易分离、可再生和无污染等优点而日益受到人们的重视,尤其是MWW分子筛,由于具有较多的外表面酸性位,而在酰基化反应中表现出良好的抗积碳性能.本课题组曾讨论了对一系列不同模板剂(六亚甲基亚胺, HMI)含量的MCM-49分子筛进行NaOH与十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)共处理的情况,而本文重点考察的是只用CTAB处理不同HMI含量的MCM-49分子筛时,其结构与酸性会如何变化,改性前后样品的结构与酸性借助XRD, N2吸脱附等温线测试,29Si与27Al MAS NMR, NH3-TPD, Py-IR与漫反射傅里叶变换红外光谱(DRIFTS)等技术进行表征.另外,将一系列样品用于催化苯甲醚(AN)与乙酸酐(AA)的酰基化反应,考察CTAB处理对MCM-49分子筛催化性能的影响.将含模板剂HMI的MCM-49分子筛原粉在不同温度(250,350,450或550°C)下焙烧,得到一系列不同孔道系统内保留HMI的样品,随后采用CTAB溶液(0.27 mol/L)对其在70°C下进行后处理1 h.结构表征的结果表明,在脱除模板剂HMI及CTAB处理的过程中,分子筛骨架结构基本未被破坏,同时, CTAB处理不能向分子筛中引入任何形式的介孔,无论是晶内介孔还是晶间介孔.在CTAB处理时,可以清除分子筛中部分无定形物种,尤其是无定形Al物种,同时也可能发生部分非骨架Al原子重新进入分子筛骨架的情况,造成骨架铝的比例相对提高.根据29Si与27Al MAS NMR结果可以推断,进入分子筛骨架的Al原子可能会取代T3位置上的Si原子,亦或直接进入T2或T3位置缺陷位.酸性表征的结果表明, CTAB修饰后样品Br?nsted酸量比HMCM-49明显提高,并随HMI含量的逐渐降低呈现先增加后降低的趋势,而Lewis酸量则相对于HMCM-49有所降低.将一系列CTAB修饰前后的MCM-49样品用于催化AN与AA的酰基化反应,反应条件为：压力1.0 MPa、温度110°C、总质量空速WHSV(AN+AA)为10.2 h?1及原料中AN与AA的摩尔比为5：1.反应数据表明,相对于HMCM-49样品, CTAB修饰后样品对应的AA转化率显著提高(初始转化率由51.4%最高增加至85.0%),并随CTAB处理过程中HMI含量的逐渐降低呈现先增加后降低的趋势,而产物选择性则基本没有变化.各样品的AA初始转化率与其Br?nsted酸量基本呈现正向关联.通过间二甲苯歧化反应预积碳堵塞超笼及碱性探针分子2,4-二甲基喹啉吸附覆盖表面半超笼的方法,研究CTAB修饰前后各样品的不同孔道系统对酰基化反应的催化贡献.结果表明,酰基化反应主要发生在MCM-49分子筛的表面半超笼,其次为超笼,正弦孔道的贡献很小.另外, CTAB修饰后样品催化活性的提高主要来自于不含HMI的孔道系统的贡献,进一步验证在CTAB处理过程中,改性作用主要发生在MCM-49分子筛中不含HMI的区域.结合表征和反应评价结果,提高酰基化反应活性需尽可能提高催化剂的Br?nsted酸量,这是分子筛催化剂今后改进的一个主要方向.     

MCM-49分子筛催化剂上1-丁烯的骨架异构化反应

 采用动态和静态水热合成法合成了不同Si/Al比的MCM-49分子筛,并考察了合成分子筛对1-丁烯骨架异构化反应的催化性能. 结果表明,除目的产物异丁烯外,主要副产物为丙烯和戊烯,产物中没有检测到C6以上的副产物. 异丁烯收率随着反应温度的升高、分子筛晶粒的增大和1-丁烯分压的降低而升高. NH3-TPD 结果表明,随着分子筛Si/Al比的增加,分子筛的酸中心数减少,导致副产物选择性下降,异丁烯选择性升高. 根据反应结果讨论了异丁烯及副产物形成的机理.     

天然CXN沸石分子筛水热稳定性研究 II. 水蒸汽处理温度对铵型沸石物化性质的影响

在前文研究天然Stilbite沸石(CXN沸石)水热稳定性影响因素的基础上, 以27Al与29Si MAS NMR, NH3-TPD和低温氮吸附等详细研究了铵型CXN沸石骨架铝配位状态和硅配位状态, 表面酸性与孔性质等与水蒸汽处理温度的关系. 随温度升高, 沸石骨架硅铝比逐渐提高, 并伴随硅羟基缺陷增多. 经750 ℃水蒸汽处理3 h后沸石骨架硅铝比可达到21.3. 沸石总酸量随水蒸汽处理温度的提高而降低, 沸石骨架铝脱除造成沸石孔道部分被堵塞, 但同时形成有利于分子扩散的介孔.