Mo/HZSM-5催化剂上甲烷无氧芳构化反应——HZSM-5分子筛脱铝的影响

采用两种不同的脱铝方法对HZSM-5分子筛进行了预处理,并利用MAS NMR和吸附吡啶的FT-IR对分子筛的结构和酸性质进行了表征,考察了分子筛的脱铝程度对Mo基催化剂上甲烷芳构化反应性能的影响.结果表明,HZSM-5分子筛的酸性过强或B酸量不足,均会导致催化剂严重积炭,但积炭成因不同.母体HZSM-5分子筛上的强B酸中心的存在可促使催化剂上反应中间物种深度脱氢,造成催化剂在反应过程中严重积炭.经水热处理的HZSM-5分子筛,骨架铝脱出严重,造成B酸活性中心不足以及部分微孔阻塞,不利于C2中间物种芳构化,导致芳烃选择性显著降低.经高温N2处理的HZSM-5分子筛,骨架铝脱出相对缓和,在消除母体分子筛上强B酸中心的同时,保留了较多的弱B酸中心,既可满足C2中间物种芳构化反应的需要,又可有效抑制催化剂积炭,导致甲烷芳构化反应性能显著改善.     

Mechanistic aspects of bond activation with perfluoroarylboranes

In the mid-1990s, it was discovered that tris(pentafluorophenyl)borane, B(C(6)F(5))(3), was an effective catalyst for hydrosilylation of a variety of carbonyl and imine functions. Mechanistic studies revealed a counterintuitive path in which the function of the borane was to activate the silane rather than the organic substrate. This was the first example of what has come to be known as "frustrated Lewis pair" chemistry utilizing this remarkable class of electrophilic boranes. Subsequent discoveries by the groups of Stephan and Erker showed that this could be extended to the activation of dihydrogen, initiating an intense period of activity in this area in the past 5 years. This article describes the early hydrosilylation chemistry and its subsequent applications to a variety of transformations of importance to organic and inorganic chemists, drawing parallels with the more recent hydrogen activation chemistry. Here, we emphasize the current understanding of the mechanism of this process rather than focusing on the many and emerging applications of hydrogen activation by fluoroarylborane-based frustrated Lewis pair systems.     

分子筛性质对Mo／HZSM－5催化剂上甲烷无氧脱氢芳构化反应的影响

 通过改变合成条件与合成体系，考察了不同硅源合成的HZSM－5分子筛对Mo／HZSM－5催化剂上甲烷无氧脱氢芳构化反应性能的影响．结果表明，用水玻璃合成的HZSM－5分子筛负载Mo后，其催化性能优于用硅溶胶合成的分子筛．1HMASNMR测定结果表明，前者的Br¨onsted酸 浓度较后者大．通过改变合成条件，减小HZSM－5分子筛的粒度，可以提高催化剂在甲烷无氧脱氢芳构化反应中的稳定性．     

正丁烷在Au,Zn组合改性纳米HZSM-5上的催化转化

采用沉积沉淀和浸渍法制备了Au-Zn组合改性HZSM-5催化剂.并且对比研究了HZSM-5,Au/HZSM-5,Zn/HZSM-5和Au-Zn/HZSM-5催化剂的性质和催化性能.采用UV-Vis和XPS表征揭示出Au-Zn/HZSM-5催化剂中Au物种与Zn物种的相互作用.正丁烷探针反应结果表明,在Zn/HZSM-5催化剂中引入Au有效地提高了正丁烷的脱氢芳构化性能,同时抑制了正丁烷在Zn活性中心上的氢解副反应.在相同条件下,与Zn/HZSM-5催化剂相比,正丁烷转化率由49.1%增加到70.8%,烯烃和芳烃产物总选择性由57%增加到61.98%,干气的选择性由31%降低至28.4%.上述结果表明,Au-Zn/HZSM-5催化剂在轻烃芳构化反应中具有良好的催化性能.     

超细HZSM-5沸石催化烃类芳构化反应的研究

非临氢条件下用固定床反应器研究了环己烷、辛烯-1及正辛烷在超细HZSM-5上的芳构化反应，并与微米HZSM-5作了比较。结果表明，在三种反应物中，辛烯-1反应活性最高，正辛烷次之。环己烷最低，不同反应物在两种晶粒度的HZSM-5上生成的芳烃分布大致相同，超细HZSM-5对原料的转化率、芳构化率以及自身的活性稳定性均明显高于微米沸石，在相同反应条件下超细沸石的积炭量低于微米沸石。     

纳米薄层HZSM-5分子筛催化甲醇制丙烯

在合成系列硅铝比纳米薄层HZSM-5分子筛的基础上,研究了纳米薄层HZSM-5分子筛催化甲醇制丙烯(MTP)的反应性能.在固定床微反装置上详细考察了工艺条件对纳米薄层HZSM-5分子筛催化性能的影响,同时与纳米HZSM-5分子筛对MTP反应的催化性能进行了比较.结果表明,纳米薄层HZSM-5分子筛具有较高的目的产物选择性和较长的催化寿命.在适宜硅铝比(n(SiO2)/n(Al2O3)=213)和反应条件下(温度470°C,甲醇质量空速为3 h-1),丙烯的选择性达到46.7%,三烯(乙烯、丙烯和C4烯烃)选择性达到78.7%.其中,丙烯/乙烯的质量比可达到6.5,是纳米HZSM-5分子筛的2倍,而芳烃的选择性比纳米分子筛明显降低.这是因为纳米薄层HZSM-5分子筛比纳米HZSM-5分子筛具有较宽的(010)晶面、较大的外比表面积和介孔孔容.     

La／HZSM—5催化剂上丙烷的芳构化反应研究

采用浸渍法和离子交换法制备了La/HZSM-5分子筛催化剂,用于丙烷芳构化反应,利用XRD,SPS,FT－IR,NH3－TPD技术考察了La对HZSM－5分子筛结构和表面酸性的影响,引入La后能显著提高HZSM－5的丙烷芳构化活性,其中由离子交换法得到的催化剂效果最佳,在反应温度550度,空速600h^-1条件下,丙烷转化率和芳烃选择性分别达到94．58％,68．99％,在La/HZSM-5中分子筛结晶度下降,B酸中心减少,L酸中心增多,离子交换法制备的催化剂比浸渍法催化剂的这种变化更显著,同时更有利于La3 进入分子筛孔道内,并与分子筛产生强相互作用,新增加的L酸中心可能是芳构化反应的活性中心。     

生物质乙醇在 Fe-HZSM-5分子筛催化剂上脱水制乙烯

乙烯是一种重要的大宗化工原料.目前国内外乙烯的生产方法主要是石脑油裂解法.但是,随着全球性石油资源供求关系日趋紧张,以及该生产过程存在较大环境污染,该工艺面临严峻挑战.生物乙醇是一种可以通过生物质发酵获得的可再生资源.因此,生物质乙醇催化脱水制乙烯工艺受到越来越多研究者关注.该技术的关键在于高性能乙醇脱水制乙烯催化剂的开发.研究发现, Si/Al比大于40的 Fe改性 ZSM-5分子筛在乙醇转换制碳氢化合物的催化反应中具有较高活性,当反应温度大于400oC时,可生成 C1-C9的烷烃、烯烃和芳香烃,其中以 C3产物和芳香烃产物为主.本文研究了 Si/Al比为25-300的 Fe离子交换 ZSM-5分子筛在乙醇脱水制乙烯反应中的催化活性,并利用 XRD, NH3-TPD,吡啶吸附 FT-IR和DRS UV-VIS等表征手段,研究了催化剂的晶相结构、表面组成及酸性位点等,进而探究了该催化反应的反应机理.我们首先考察了 Si/Al比为25-300的 HZSM-5分子筛.随着分子筛 Si/Al比增大,乙醇转化率先增加后降低,在 Si/Al比为100时获得最高值;但是乙烯收率随着 Si/Al比的增加而持续下降, Si/Al比为25时有其最高值47%.经产物分析, HZSM-5(25)和 HZSM-5(300)虽具有相似的乙醇转化率,但前者产生大量 C3+产物,而后者产物只有乙烯和乙醚.据文献报道,乙醚是乙醇脱水制乙烯的中间产物,它的进一步脱水产生乙烯,而乙烯可进一步转化生成 C3+产物.因此,由于 HZSM-5(300)表面酸性较弱,主要生成反应中间体,而 HZSM-5(25)较强的表面酸性又导致乙烯进一步转化,生成 C3+产物.然后我们考察了经过3次离子交换处理的 Fe-ZSM-5催化剂.随着 Si/Al比上升(25-300),乙醇转化率和乙烯收率下降, Si/Al比为25时为其最高值;随着反应温度上升,乙醇转化率在260oC时达到近100%,之后维持不变,乙烯收率也在260 oC时为其峰值,温度继续上升造成乙烯收率再次下降;催化剂空速增大降低乙醇转化率和乙烯收率.经产物分析,温度较低和空速较大时产生大量的反应中间体乙醚,而温度较高时导致乙烯进一步转化生成 C3+产物.在反应温度为260oC、空速为0.81 h-1时, Fe-HZSM-5(25)催化剂上乙醇转化率为98%-99%、乙烯收率为97%-99%,并可实现长达1440 h的单程使用寿命,该值是 HZSM-5(25)催化剂的20余倍,具有很好的工业应用前景.为探究 Fe-ZSM-5(25)催化剂高催化活性和长催化寿命的原因,我们表征了催化剂.从 XRD结果可以看出,离子交换没有损坏 HZSM-5的晶体结构,也没有新的可检测到的物相产生.从 NH3-TPD结果看, HZSM-5(25)的CH/CL(强酸/弱酸)比为0.7, Fe-ZSM-5(25)的CH/CL比为0.29,可知 Fe离子交换降低了分子筛的表面酸性,特别是强酸性位.从吡啶吸附 FT-IR结果看, HZSM-5(25)的 B/L (Br?nsted酸性位/Lewis酸性位)比为1.42, Fe-ZSM-5(25)的 B/L比为0.25,可知 Fe离子交换主要减少的是分子筛表面的 Br?nsted酸性位.文献报道,乙醇脱水制乙烯主要发生在弱酸性位上,而乙烯进一步转化为 C3+产物发生在强酸性位上.所以,催化剂上强酸性位的减少有利于乙烯的生成反应.另据文献报道, Br?nsted酸性位是乙烯聚合、迅速覆盖催化活性位点产生积炭的催化活性中心.因此, Br?nsted酸性的降低可认为是 Fe-HZSM-5(25)催化剂单程使用寿命长较 HZSM-5(25)分子筛显著延长的原因.从 UV-VIS结果得知, Fe-ZSM-5上的 Fe物种主要以骨架内和骨架外 Fe3+为主,此外含有少量低聚合的 FexOy,但几乎没有 Fe2O3颗粒存在.文献记载, Fe3+物种是乙烯形成的活性物种,而 FeOx催化产生乙烯和乙醛.因此,催化剂中大量骨架内和骨架外 Fe3+物种的存在也可认为是该催化剂具有较强乙醇脱水制乙烯催化活性的原因之一.     

水对改性HZSM-5催化联苯甲基化反应的影响

以纳米(n(SiO₂)/n(Al₂O₃)=26) 分子筛为母体, 采用水热处理、水热处理结合酸洗等方法对其进行改性, 并以联苯(BP)与甲醇的烷基化为探针反应, 在固定床反应器上考察了反应体系中生成的水及通入的水对改性HZSM-5催化性能的影响, 并通过吡啶吸附傅里叶变换红外(FTIR)光谱、热重(TG)分析对改性前后样品的酸性及反应后样品积炭量进行了表征. 结果表明, 水热处理及水热处理结合酸洗都提高了催化剂的稳定性,酸洗后效果更好. 在改性的HZSM-5 催化联苯甲基化反应体系中, 不通水的条件下, 联苯的转化率随时间呈抛物线变化; 通水后, 联苯转化率30 h 内稳定在8.6%左右, 4-甲基联苯(4-MBP)的选择性增加至约60%; 通水条件下升高反应温度至500℃, 联苯的转化率在反应30 h后达最高点, 选择性稳定在58%左右. 水的存在不仅改善了催化剂的活性及稳定性, 还能提高对位选择性.     

Catalytic cracking of polyethylene over nanocrystalline HZSM-5: Catalyst deactivation and regeneration study

In this work, catalytic cracking of low density polyethylene (LDPE) over nanocrystalline HZSM-5 zeolite in a batch reactor at 340 °C was carried out with the aim of study both the catalyst resistance to deactivation and the catalyst regeneration process. For looking into the catalyst deactivation, consecutive polyethylene cracking experiments were carried out. Subsequently, the same reactions has been also performed but by regenerating the zeolite after each experiment by promoting coke combustion at 550 °C under air flow. Zeolites used were two samples of nanocrystalline HZSM-5 with very different textural properties (sample A, with most of its surface corresponding to zeolitic micropores and sample B with a considerable amount of external surface, mesopores and super-micropores) in order to study the effect of their textural properties in the deactivation and regeneration experiments. Although conversion and activity values reached over both samples are quite high taking into account the mild conditions used, sample B shows a very much higher initial activity than A due to its improved textural properties. In both samples two different deactivation mechanisms occur: a reversible deactivation by coke deposition removable by the regeneration procedure, and an irreversible or permanent deactivation by other factors. Deactivation of sample B occurs faster due to the higher amount of coke deposited on this material. However, the improved textural properties of this catalyst supposes an advantage for the regeneration process, since coke deposited either on the external surface or on the super-micropores and mesopores, makes easier the regeneration procedure.     

酸碱改性HZSM-5分子筛上甲醇制取均四甲苯的研究

对HZSM-5分子筛进行"酸碱两步改性",制备得到了H(0.2)-Na-ZSM-5、H(0.5)-Na-ZSM-5、H(0.2)-K-ZSM-5和H(0.5)-K-ZSM-5四种催化剂。通过XRD、NH₃-TPD、ICP、FT-IR与Py-IR方法对催化剂进行表征,并在连续流动固定床反应装置上对催化剂进行评价。实验结果表明,H(0.2)-K-ZSM-5催化剂由于其孔径变大、弱的B酸量增多,从而提高了均四甲苯的选择性。     

Zn／HZSM－5分子筛上乙烯、乙烷芳构化的协同作用机理

运用ＮＨ＿３－ＴＰＤ、ＩＲ－ＯＨ、Ｐｙ－ＩＲ、ＣＯ－ＩＲ及ＸＰＳ等手段对Ｚｎ／ＨＺＳＭ－５及其浸碱催化剂的酸组分和金属组分构成的Ｌ酸性质进行了表征，考察了催化剂对乙烯、乙烷的芳构化作用．发现Ｚｎ／ＨＺＳＭ－５中形成了Ｚｎ￣（２＋）－Ｌ强酸中心，使分子筛的Ｂ酸中心减少．浸碱也可使分子筛的Ｂ酸减少，芳构化反应的活性和选择性均与Ｚｎ／ＨＺＳＭ－５的双中心Ｚｎ￣（２＋）－Ｌ酸和Ｂ酸的相互匹配密切相关，Ｂ酸和Ｌ酸存在最适合匹配，因此Ｚｎ／ＨＺＳＭ－５在乙烯、乙烷芳构化反应中存在最佳锌含量．     

Methanol to Aromatic Reaction over HZSM-5: Co-Effect Desilication and SiO2 Deposition

Kinetics and Catalysis - In this work Si/HZSM-5-0.09M catalyst was prepared using desilication and regrowth of SiO2 method, which was characterized by XRF, XRD, SEM, NH3-TPD, and N2...     

P改性HZSM－5分子筛上C4烯烃裂解性能研究 Catalytic Cracking of C4 Olefins over P－Modified HZSM－5 Zeolite

Propylene is one of the most important basic organic products. The traditional method for producing propylene cannot satisfy the faster-growing demand for it. The new methods to produce propylene include the catalytic cracking of olefin-rich hydrocarbon feedstocks[1～3], which has higher selectivity.     

HZSM-5分子筛催化环氧大豆油合成多元醇的研究

以环氧大豆油（ESBO）和甲醇为原料,通过开环加成反应合成大豆油多元醇。采用红外光谱和核磁共振氢谱对产物结构进行了表征,考察了不同类型的催化剂对ESBO转化率和多元醇生成的影响。结果表明,具有Bronsted酸中心的HZSM-5催化剂对该反应具有优良的催化性能。以HZSM-5为催化剂,在反应温度为140℃、反应时间16h条件下,环氧大豆油转化率可达92.4%,产物多元醇的羟基值为177.4mg_KOH/g。     

金属改性P/HZSM-5分子筛催化乙醇芳构化

以P/HZSM-5分子筛为基础, 通过浸渍法制备了Cr、Co、Cu、Zn等金属改性的M-P/HZSM-5分子筛. 采用X射线衍射(XRD), 比表面积(BET)和氨气程序升温(NH₃-TPD)等方法对其进行了表征, 并考察了其催化乙醇芳构化的活性. 结果表明, 改性后的ZSM-5分子筛保持原有的骨架结构, 但比表面积降低, 酸性分布发生变化; Cu-P/HZSM-5分子筛有较高催化活性. P和Cu的负载量分别为3%和5%, 先浸渍P再浸渍Cu, 反应温度400 °C, 质量空速(WHSV)为1.0 h^-1时轻质芳烃(BTX)收率可达到57.6%.     

Selective Conversion of Glycerol to Methanol over CaO-Modified HZSM-5 Zeolite

Biodiesel is generally produced from vegetable oils and methanol, which also generates glycerol as byproduct. To improve the overall economic performance of the process, the selective formation of methanol from glycerol is important in biodiesel production. In the present study, a CaO modified HZSM-5 zeolite was prepared by an impregnation method and used for the conversion of glycerol to methanol. We found that the 10%CaO/HZSM-5 with Si/Al ratio of 38 exhibited highest selectivity to methanol of 70%, with a glycerol conversion of 100% under 340 ℃ and atmospheric pressure. The characterization results showed that the introduction of a small amount of CaO into the HZSM-5 did not affect the structure of zeolite. The incorporation of HZSM-5 as an acidic catalyst and CaO as a basic catalyst in a synergistic catalysis system led to higher conversion of glycerol and selectivity of methanol.     

稀土对HZSM—5上正己烷芳构化性能的影响

以正己烷为原料,在连续流动常压反应装置上考察了稀土改性HZSM－5沸石催化剂的芳构化和裂解性能,用红光谱,X射线衍射,X光电子能谱等研究了这些离子改性的沸石催化剂的表面性质,比较了机械混合法和浸渍法引入稀土对催化剂性能的影响,稀土可提高混合法制备的改性催化剂的芳构化性能,B酸中心是正已烷构化的活性中心,L酸中心则对正己烷的裂解起重要作用。     

HZSM-5沸石分子筛上苯酚与甲醇的烷基化反应

 在n（PhOH）／n（CH3OH）＝1,WGSV＝0．5h－1,T＝673K的反应条件下,研究了HZSM－5,HZSM－23和改性HZSM－5分子筛上苯酚与甲醇烷基化反应的规律．结果表明,分子筛外表面的酸中心对苯酚烷基化反应的贡献较大．用4－甲基喹啉使分子筛外表面的酸中心中毒后,影响反应产物选择性的主要因素是分子筛的孔径．孔径较小的HZSM－23分子筛对提高芳香醚的选择性,抑制二甲酚的生成和提高对甲酚的选择性有利．间甲酚和二甲酚可以在HZSM－5沸石的孔道内生成,但在HZSM－23的孔道内受到抑制．用P2O5,MgO和Sb2O3对HZSM－5改性都可以提高芳香醚的选择性,降低甲酚和二甲酚的选择性．随着氧化物负载量的增加,邻甲酚选择性升高．适度的氧化物改性可以提高对甲酚的选择性,改性效果为Sb2O3＞P2O5＞MgO．