Methane Direct Conversion on Mo/ZSM-5 Catalysts Modified by Pd and Ru

The effect of addition of Ru and Pd to Mo/HZSM-5 catalysts used in the dehydroaromatiza-tion of methane was investigated. Catalytic tests and temperature-programmed oxidation results showed that Pd-based catalysts were more selective to naphthalene and suffered strong deactivation. The presence of Ru improved the activity and stability, with a decrease in the carbonaceous deposit probably because of a mechanism of protection of the Mo2C surface.     

在反应温度下以1％O2对Mo／MCM－22催化剂的原位再生

In recent years, the catalytic dehydroaromatization of methane to yield aromatics has been a challenging and intriguing topic in heterogeneous catalysis. Until now, the two effective methane dehydroaromatization catalysts are Mo/HZSM-5[1] and Mo/MCM-22[2]. However, this reaction suffers from rapid catalyst deactivation due to coking[3].     

Confined Carbon Mediating Dehydroaromatization of Methane over Mo/ZSM‐5

Non‐oxidative dehydroaromatization of methane (MDA) is a promising catalytic process for direct valorization of natural gas to liquid hydrocarbons. The application of this reaction in practical technology is hindered by a lack of understanding about the mechanism and nature of the active sites in benchmark zeolite‐based Mo/ZSM‐5 catalysts, which precludes the solution of problems such as rapid catalyst deactivation. By applying spectroscopy and microscopy, it is shown that the active centers in Mo/ZSM‐5 are partially reduced single‐atom Mo sites stabilized by the zeolite framework. By combining a pulse reaction technique with isotope labeling of methane, MDA is shown to be governed by a hydrocarbon pool mechanism in which benzene is derived from secondary reactions of confined polyaromatic carbon species with the initial products of methane activation.     

减压蒸馏生物油与乙醇在ZSM-5/MCM-41上共催化裂化

采用减压蒸馏生物油为原料,与无水乙醇2:3(质量比)混合,在固定床中ZSM-5/MCM-41分子筛上共催化裂化,考查了反应温度和质量空速(WHSV)对裂化产物的影响。对ZSM-5/MCM-41进行了NH₃-TPD、BET、N₂吸附-脱附等表征,对裂化气体产物通过气相色谱仪分析,减压蒸馏生物油和精制生物油采用气相色谱-质谱联用仪进行定量分析。结果表明,反应温度500 ℃、WHSV 3.75 h^-1为反应优化工况。此反应条件下,精制生物油酸类物质从减压蒸馏生物油中的25.6%降至反应后的0.1%,效果显著,且精制生物油产率为46.8%,气体产物中CO₂和CO的浓度共9.5%。     

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。     

不同载体成型的 Mo/ZSM-5 催化剂上甲烷无氧芳构化反应

 以不同氧化物为载体, 通过挤条成型法制备了 Mo/ZSM-5 催化剂, 考察了其催化甲烷无氧芳构化反应性能. 采用吸附吡啶红外光谱、氨程序升温脱附和氢程序升温还原等方法对催化剂进行了表征. 结果表明, ZnO 的添加使催化剂的强酸量减少, 强 B 酸比例降低, Mo 物种还原能力提高, 因而催化剂表现出较高的甲烷芳构化活性和较低的积炭选择性.     

Methane Aromatization in the Absence of Oxygen Over Mo/H[B]ZSM-5 Catalysts

The catalytic performance of Mo/H[B]ZSM-5 has been investigated for methane non-oxidative aromatization and compared with that of a Mo/H[Al]ZSM-5 catalyst. It is found that the non-oxidative aromatization of methane proceeds only in the presence of weak acidic sites without the participation of strong acidic sites. Coke is found to be the main cause of the rapid decrease in the activity of Mo/H[B]ZSM-5 catalysts.     

不同Si/Al比对Mo/ZSM-5催化性能的影响

采用浸渍法在不同Si／Al比的HZSM-5上制备了3种MoO3含量相同的Mo／ZSM-5样品，并在相同的实验条件下对其进行了活性测试，同时运用XRD、XPS、NO—TPD等技术分别对催化剂的体相和表面结构进行了表征．实验结果表明，Si／Al比对Mo／ZSM-5上NO的选择性催化还原性能有明显的影响，Si／Al比为28的1#样品其转化率在530℃达到94％以上，而Si／Al比较大的2#和3#样品最高转化率只有48％和41％．对3种Mo／ZSM-5样品的XRD表征只发现有HZSM-5和MoO3两种物相存在，分子筛骨架差异不大；而XPS表征却发现1#样品的表面M03d5／2含量远大于2#和3#样品，并且有Mo^4 和(或)Mo＼ 5 存在，表明3种样品的表面性质存在很大差异．在3种样品中，1#样品具有最大的NO吸附能力，这与表面特性差异相吻合．     

Pd/ZSM-5/MCM-41催化剂加氢脱硫性能研究

本工作将三种材料：全硅MCM-41 （Si-MCM-41）、通过机械混合Si-MCM-41和HZSM-5得到的Z-MCM-41-M、通过在HZSM-5外部包覆Si-MCM-41制备得到的Z-MCM-41,采用XRD、N₂吸附-脱附、NH₃-TPD、Py-IR手段进行了表征.分别以这些材料为载体,制备出负载型贵金属Pd催化剂,以二苯并噻吩（DBT）为模型化合物,在固定床反应器上进行加氢脱硫（HDS）性能考察.反应结果表明,载体的表面积或分散程度并不是影响负载型Pd催化剂HDS性能的关键性因素,催化剂的HDS性能受到载体的孔尺寸和载体的酸性双重影响.负载在酸性载体上表现出较好的HDS性能和加氢选择性,与溢流氢有关.其中,在三种催化剂中,Pd/Z-MCM-41催化剂表现出最高的HDS活性和优异的加氢活性,说明在载体的介孔孔道结构中引入微孔的酸中心对提高加氢脱硫活性有重要影响,仅靠机械混合方式制备的载体不能将介孔的孔道优势与微孔的酸性优势表现出来,不能产生较好的协同催化作用,具有介孔孔道结构和适中酸性的Z-MCM-41复合材料是潜在的贵金属加氢脱硫催化剂载体.     

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...     

晶化时间对ZSM-5/MCM-48复合分子筛结构及MTG反应性能的影响

采用两步晶化法制备ZSM-5/MCM-48微介孔复合分子筛,通过调变前驱体溶胶的晶化时间获得不同结构的ZSM-5/MCM-48基分子筛催化剂。采用XRD、N₂-吸附、SEM、TEM、FT-IR和Py-FTIR等手段进行表征,结果表明,前驱体溶胶的晶化时间对ZSM-5/MCM-48复合分子筛的结构和表面酸性产生重要的影响,而特定结构的复合分子筛基催化剂可以显著改变甲醇制汽油（MTG）反应的产物分布,与ZSM-5基催化剂相比显著降低了油品中芳烃和均四甲苯的含量。阐明了其催化作用机制是由于介孔结构的MCM-48对微孔结构的ZSM-5界面或表面的修饰作用。     

甲烷无氧脱氢芳构化双促进W/MCM-22基催化剂研究

以MCM-22分子筛为载体,H₂SO₄酸化的(NH₄)₂WO₄为W组分前驱物,以Zn和/或Ca,Co,Mo为促进剂,研制两系列促进型W/MCM-22基催化剂.在常压固定床连续流动反应器-GC测试系统评价其对CH₄无氧脱氢芳构化的催化性能,结果显示,在双促进的W-Co-Mo(或W-Ga-Zn)/MCM-22催化剂上,常压、1073 K、原料气空速GHSV=1500 mL(STP)·h^-1·(g-cat.)^-1的反应条件下,苯选择性最高达到70%～72%,相应甲烷转化率为～15%;反应450 min后,甲烷转化率降低到～5%水平;7.5 h平均积炭选择性～20%.H₂-TPR和NH₃-TPD表征研究显示,在W/MCM-22基质催化剂中适当添加少量Co^3+/2+/Mon⁺或Ga³⁺/Zn²⁺,一方面导致Wⁿ⁺物种还原活化温度下降及可还原W⁶⁺物种数量增加,另一方面消去最强的一些B酸位同时诱生相当数量的中强酸位,这两方面的促进效应都对催化剂活性、选择性提高及结炭减缓作出贡献.     

混合胺体系中 MCM-49/ZSM-35 复合分子筛的晶化过程

 采用 X 射线衍射、N2 吸附-脱附、扫描电镜和傅里叶变换红外光谱等技术, 研究了 MCM-49/ZSM-35 复合分子筛在 Na2O-SiO2-Al2O3-CHA (环己胺)-HMI (六亚甲基亚胺)-H2O 合成体系中, 先在低温 80 ?C 老化 4 h, 再经 160 ?C 晶化不同时间的演变过程. 结果表明, 在该混合胺体系中, 首先生成 MCM-49 分子筛, 随着晶化时间的延长, 形成 ZSM-35 含量逐渐增加的 MCM-49/ZSM-35 复合分子筛, 最后生成纯 ZSM-35 分子筛; ZSM-35 的生成是以 MCM-49 分子筛的消耗为代价的.     

浸渍法制备的Mo/ZSM-5催化剂中Mo的分布状态

 通过多晶XRD利用Rietveld方法测定和精修了浸渍法制备的Mo/ZSM-5催化剂样品的物相和晶体结构. 结果表明,Mo物种在ZSM-5分子筛中以3种形式存在. 一种是以［Mo5O12］6+形式存在于ZSM-5分子筛的孔道内,每个分子筛晶胞中平均含0.4个［Mo5O12］6+单元. 这些单元覆盖了分子筛孔道内的部分B酸中心,使其B酸量及总酸量减少,但使L酸量增加; ［Mo5O12］6+团中Mo的含量约占Mo/ZSM-5催化剂质量的3.03%. 其余的两种Mo物种分别以α-MoO3晶相和无定形氧化钼形式存在,修饰分子筛的外表面.     

炭黑颗粒及氟粒子辅助法合成多级结构MCM-22分子筛及其催化性能

以碳黑为第二模板剂在氟离子体系中一步水热合成了多级结构MCM-22分子筛组装体（简称为MCM-22-FC）。考察了碳黑和氟离子对MCM-22分子筛形貌和催化性能的影响。MCM-22-FC分子筛是由大量片状晶体交错生长形成的组装体结构,其中MCM-22的片层结构更薄,在其固有的微孔中存在的晶间孔呈现大孔和介孔的特征。MCM-22-FC负载Mo后得到的Mo/MCM-22-FC催化剂在甲烷无氧芳构化反应（MDA）中提高了苯收率和芳烃选择性,并且提高了催化剂的寿命。通过氨气程序升温脱附（NH₃-TPD）表征,吡啶红外（Py-IR）表征,结合热重（TG）分析,得出的结论是Mo/MCM-22-FC在MDA中优越的催化性能是由于氟离子进入到分子筛骨架当中,形成具有拉电子效应的结构单元,从而提高了分子筛的Brönsted酸量,较多的Brönsted酸性位将更多的Mo物种迁移至分子筛孔道内部,形成更多的MoC_x或MoO_xC_y活性物种以及更有利于大分子产物扩散的MCM-22薄片层的结构。少量过剩的Brönsted酸性位在成型后保留在Mo/HMCM-22-FC催化剂活性中心抑制了积碳的形成,也有助于改善芳烃的选择性。     

分步晶化法合成ZSM-5/SAPO-5复合材料

通过分步晶化水热处理的方式合成了ZSM-5/SAPO-5复合材料。研究了两种分子筛凝胶的混合方式、调节ZSM-5母液的酸类型、SAPO-5凝胶组成以及晶化时间对复合材料形成的影响。实验结果表明,简单将两种分子筛的合成凝胶混合不能得到复合材料。采用H₂SO₄调节ZSM-5合成母液的pH值,在ZSM-5与SAPO-5理论质量比为3.5、SAPO-5凝胶中P₂O₅与Al₂O₃摩尔比为1.2的条件下可以得到ZSM-5/SAPO-5复合材料。但样品中含有少量无定形物质,这些无定形通过延长晶化时间并不能完全消除。     

预置晶种合成MCM-41/ZSM-3复合分子筛

以十六烷基三甲基溴化铵和四甲基氢氧化铵为模板剂，以ZSM-3为晶种，在水热条件下合成了同时具有中孔和微孔的复合分子筛MCM-41/ZSM-3。通过XRD、IR、N2吸附脱附等温线和SEM表征，样品的XRD图谱在小角度衍射区和大角度衍射区同时出现了MCM-41和ZSM-3的衍射峰；IR图谱上也同时出现了MCM-41和ZSM-3的吸收谱带，并且合成样品与两种分子筛的机械混合物有明显差别；N2吸附脱附等温线证明样品含中孔和微孔结构，并且微孔直径集中分布在0.7 nm左右，中孔直径集中分布在3.3 nm左右；从SEM照片可以看出，复合分子筛和机械混合物形貌不同，前者为附晶生长或再结晶，后者为均匀分散。     

铁改性的Mo/ZSM-5催化剂上NO的选择性催化还原反应

采用浸渍法制备了Mo/ZSM-5, Fe/ZSM-5和不同Fe和Mo摩尔比的Fe-Mo/ZSM-5样品, 并以氨为还原剂对其NO选择性催化还原活性以及反应条件对催化性能的影响进行了研究. 结果表明, Fe-Mo/ZSM-5样品的NOx转化率明显比单独的Mo/ZSM-5和Fe/ZSM-5的高. 当n(Fe):n(Mo)为1.5时, Fe-Mo/ZSM-5样品具有最佳催化性能, 其NOx转化率在430 ℃时达到了96%, 并且能在高空速和不同O2气浓度的条件下保持高的催化活性. 同时采用XRD和XPS技术分别对催化剂的体相结构和表面性质进行了研究, 结果表明, 当n(Fe):n(Mo)=1.5时, Fe和Mo元素之间以及与载体HZSM-5之间存在较强的相互作用, 并且其表面的Mo3d的含量最高. 这可能与其高的催化活性有关. 另外还发现, 在反应过程中Fe-Mo/ZSM-5催化剂表面的氮氧物种主要是吸附态NO, 因此可以推测NO的催化还原反应机理是, 在催化剂表面上, 吸附态NO与吸附NH3物种直接反应生成氮气, 而非经过氧化为NO2的途径.