热重法研究ZSM-5沸石催化剂的积炭行为和非积炭失活

用热重法并借助碱性气体吸附测量了用于甲醇转化为低级烯烃的ZSM-5沸石催化剂的酸性。以甲醇气为反应气观测了催化剂上的积炭行为,还考察了硅铝比、阳离子和阳离子浓度对催化剂酸性和积炭的影响,关联了酸性和积炭的关系,积炭和烧炭前后酸性的变化规律表明,脱铝也是导致催化剂失活的原因之一。     

分子筛催化剂的失活与积炭

分子筛催化剂的失活与积炭刘中民，陈国权，王清遐，梁娟，蔡光宇（中国科学院大连化学物理研究所，大连１１６０２３）关键词分子筛，结炭，催化剂失活，甲醇转化，ＨＺＳＭ－５结炭是酸性分子筛催化剂失活的主要因素．本文通过具有碳链增长、环化、烷基化等多种反应途径...     

焦油催化裂化催化剂积炭失活的实验研究

对白云石、石灰石作用下生物质热解焦油催化裂化过程中的积炭失活问题进行了研究，考察了较长反应时间内催化剂积炭量和焦油转化率的变化情况。最长运行时间32 h，所得积炭质量分数为3%～15%，焦油转化率下降到70％左右。对不同来源焦油的生焦性、催化裂化反应条件等对积炭形成的影响作了考察，并从动力学角度对催化活性与积炭量之间的关系进行了分析，得到了单层积炭和多层积炭阶段线性和指数形式的关联式。     

催化剂积炭失活宏观反应动力学的研究

 针对催化剂使用中积炭失活的一般性特点,借鉴库存集成电路长期稳定性预测研究结果,对现有的催化剂失活反应动力学方程进行了修正,并以渣油加氢脱硫反应为例加以验证. 修正后的失活反应动力学微分方程为-da/dt=kdad·tm,其积分式为a=1+(d-1)kdm+1tm+1-1d-1. 当m=0时,便成为常规的失活反应动力学方程; 当m≠0时,可将反应时间t视为一种虚拟反应组分.     

原位FTIR在研究催化剂积炭失活中的应用

本文综述了原位傅立叶变换红外光谱(FTIR)在研究石油化工催化反应中积炭现象的进展,介绍了运用原位FTIR在表征催化异构化反应、催化还原反应、催化裂化反应过程中催化剂积炭的结果,总结了对固体酸催化剂和双官能贵金属-酸催化剂上积炭形式的研究,讨论了不同温度下的积炭形成的过程。结合本课题组对正庚烷催化裂解反应的初步研究结果,提出原位FTIR重点问题是峰的识别与归属,其应用可以拓展到更多催化反应的机理和历程的研究。     

ZSM-5分子筛催化剂酸性对积炭的影响

研究了几种分子筛在乙基化反应中的积炭过程,并与分子筛的酸性、孔结构等参数关联,阐明了ZSM-5分子筛催化剂的酸中心对积炭起着主要作用。酸强度越高,越容易积炭,酸量越大积炭越多。积炭的形成部位与酸中心在晶内外的分布关系密切。分子筛外表面酸中心比晶内的更易生成积炭,体现了积炭的择形性。     

LiNO_3改性ZSM-5分子筛催化乳酸制丙烯酸的失活行为研究

采用X射线粉末衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、热重-差示扫描量热分析(TG-DSC)、X射线光电子能谱(XPS)对新鲜和再生Li-ZSM-5催化剂在乳酸脱水制丙烯酸反应中的失活原因进行了研究.结果表明,催化剂失活主要是因为乙醛和丙烯酸在酸性位点结焦生成酮类或醛类积碳前驱体、低聚烃类和高聚烃类积碳,导致活性位减少而失活.催化剂经焙烧再生,若碳物种不能脱除干净,将导致积碳速率增加,活性位减少的速度加快,稳定性降低.     

纳米颗粒探针检测核糖体失活蛋白

建立了纳米颗粒探针检测核糖体失活蛋白的方法.以聚苯乙烯纳米颗粒为载体并进行表面修饰,在其表面固定特异性蓖麻毒单抗并作为探针,用于蓖麻毒蛋白的检测.采用场流分离技术对纳米颗粒探针进行准确表征,并利用扫描电镜比较聚苯乙烯纳米颗粒的形貌变化.结果表明:通过扫描电镜图片能够观察到聚苯乙烯纳米颗粒表面结合的蛋白,此纳米颗粒探针能够与蓖麻毒蛋白等核糖体失活蛋白的特异性结合,应用于目标蛋白的检测.     

甲醇芳构化反应中Ag/ZSM-5催化剂的失活特性

通过四次连续反应-再生循环实验对甲醇芳构化催化剂Ag/ZSM-5进行了失活再生研究,结果表明催化剂通过烧碳可以得到部分再生.对反应-再生后的催化剂进行了X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)表征,证实芳构化过程中催化剂的ZSM-5骨架结构保持完好,金属烧结也不严重.傅里叶红外光谱(FTIR)和氨-程序升温脱附(NH3-TPD)实验证实了反应生成的水使催化剂在475℃发生水热脱铝,进而导致Brφnsted酸流失及催化剂的芳构化反应能力不可逆下降.     

HZSM-5分子筛催化剂在催化苯氧化合成苯酚反应中的积炭和失活行为

 在固定床反应器中进行了HZSM-5分子筛催化剂催化苯氧化生成苯酚时的积炭和失活实验,催化剂经高温水蒸气处理,反应条件为: 9.7%N2O-90.3%N2混合气流速115 ml/min,苯流速6 g/h,反应温度400 ℃. 采用TG,吸附吡啶的IR谱,13C NMR和低温N2吸附法对催化剂进行了表征,并用连续流动吸附法测定催化剂上正己烷和环己烷的吸附量. 结果表明,苯氧化生成苯酚的反应过程中,催化剂表面积炭导致分子筛微孔孔口堵塞是造成催化剂失活的主要原因. 与其他有机物在ZSM-5上的积炭相似,B酸中心是积炭的活性中心. 积炭物种主要为带有烷基的芳烃和多环芳烃,同时含有少量带有羟基的多环芳烃,这可能是由在L酸中心上生成的苯酚进一步氧化、脱氢和聚合形成的.     

环己酮氨肟化反应中TS-1催化剂的积炭失活

 采用连续淤浆反应器,在环己酮质量空速为6 h-1和温度为70 ℃的条件下,对 TS-1 催化剂上环己酮氨肟化制环己酮肟反应过程中的活性变化规律进行了考察,并用热重-差热分析、程序升温脱附、 N2物理吸附、程序升温氧化和傅里叶变换红外光谱等测试手段对不同运转时间及再生后的催化剂进行了表征. 结果表明,催化剂运转时间在60 h以内时活性稳定,然后迅速下降; 积炭是引起催化剂失活的主要原因. 催化剂表面的积炭主要沉积在 TS-1 的微孔内,含碳物种有两种类型: 易除炭存在于Ti中心附近,可在350 ℃下氧化除去; 难除炭沉积于强酸中心 Si-OH 处,需在700 ℃下才能除去. 催化剂失活前后的骨架结构未发生显著变化,经烧炭再生后活性可恢复到新鲜催化剂的水平.     

用天然沸石合成ZSM-5分子筛

以天然沸石作为硅铝源合成分子筛有着原料丰富、成本低廉等特点.近年来,用天然沸石作为原料合成分子筛的工作已有报道.但合成体系均为碱性介质,并有模板剂.Guth等在非碱体系合成了ZSN-5分子筛.李赫咺等采用直接法,以水玻璃和硫酸铝为原科,成功地合成了ZSM-5分子筛,但在非碱体系和直接法用天然沸石合成ZSM-5分子筛的工作尚未见报道.作者以天然沸石矿为原料,首次采用水热晶化法在非碱体系和直接法合成出ZSM-5分子筛,并对其结构和性能进行了考察.     

天然气转化制合成气Ni基催化剂的再生研究-积炭失活催化剂的再生

以CH4-CO2反应为探针, 采用TG、 XPS和BET比表面等方法, 研究了空气、 (CO2+10% O2)、 O2和CO2对因积炭而失活的Ni/ARM催化剂的再生. 结果表明, 以(CO2+10%O2)为消碳气(剂), 于700 ℃对因积炭而部分失活的催化剂的再生率较低; 而采用程序升温消碳时, 以 (CO2+10% O2)、空气为消碳气(剂), 催化剂的再生率能够达到99%以上. 从消碳后的热重 (TG)测试结果可以看出, 采用(CO2+10% O2)消碳, 产生了NiO和少量的NiAl2O4; 而用空气和CO2消碳时, 产生的NiAl2O4较多. 4种消碳气(剂)对催化剂的再生率顺序为: (CO2+10% O2)(99.60%)≈Air(99.35%)> O2(92.82%)> CO2 (57.05%). 以(CO2+10%O2)为消碳气(剂), 再生后催化剂对于CH4-CO2探针反应的活性高于以(O2+N2)、纯CO2和纯O2为再生气时, 且接近于新鲜Ni/ARM催化剂.     

SAPO-5分子筛的催化与积炭性能研究

用微型反应器测定了AIPO_4-5,SAPO-5以及HZSM-5样品上的异丙苯裂解和邻二甲苯异构化反应活性。发现AIPO_4-5对上述两反应是非活性的,而SAPO_4-5及 HZSM-5有良好的活性。用TG-DTA测定了HY,SAPO-5和 HZSM-5在异丙苯裂解反应中、500℃下的积炭量,并用IR,ESR研究了炭沉积物的性质,发现SAPO-5的抗积炭性能优于孔径大小相同的HY沸石。     

ZSM-5单晶生长的研究

本文研究了DEA(二乙醇胺)-Na2O-SiO2-Al2O3-H2O体系中由晶种水热生长的ZSM-5单晶形貌和线性生长速度. 晶体外部晶面为轴面(100)、(010)及坡面(101)、(011). 在互相贯穿连生的各单晶之间, 其对称轴互成倾角. 在160-220℃范围内, 晶体线性生长速度保持恒定. 观察到单晶生长的诱导期. 由线性生长速度与温度的关系计算了生长活化能. 研究了反应物组成对晶面法线生长速度的影响、母液成分变化, 并分析了晶体的化学成分. 按晶体生长的基本原理及ZSM-5结构, 构想了实际上可能存在的ZSM-5单晶的面结构, 并估算了不同晶面上生长位的密度及其分布. 从面结构及沸石生长基元角度讨论了单晶生长机理的DEA的作用, 支持了生长基元为高聚态硅(铝)阴离子团的假设.     

气相转移法合成ZSM-5/SAPO-5复合分子筛

以磷酸、拟薄水铝石和硅溶胶为原料, 三乙胺为模板剂, 采用气相转移法合成了一系列ZSM-5/SAPO-5复合分子筛. 产物经X射线衍射、扫描电镜、X射线能量散射谱、红外光谱及N2 静态吸附法等手段对其进行了表征, 证明合成材料是以ZSM-5为核、SAPO-5为壳的双结构分子筛. 实验结果表明, 干胶制备条件及液相组成都影响复合分子筛的结晶. 晶化温度的提高和晶化时间的延长有利于分子筛结晶度的提高. VPT法可以减小SAPO-5和复合分子筛颗粒的直径, 改善SAPO-5在ZSM-5分子筛表面的分布. 重油裂化结果表明, 核壳结构复合分子筛对生成低碳烯烃的性能优于机械混合的样品.     

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。