预裂化理论研究:基质表面酸性位类型及不同类型酸性位接触顺序对裂化过程小分子烯烃收率的影响

在区分氢负离子转移反应与氢转移反应、非选择性氢转移反应与总的氢转移反应的情况下,通过合成物性相近但酸性不同的氧化铝,用以作为裂化催化剂基质材料,在固定床反应器上考察了催化裂化过程,基质酸性位类型及基质表面Lewis及Brönsted酸性位接触顺序对小分子烯烃(丙烯、丁烯)收率的影响。结果表明,催化裂化生成小分子烯烃过程中,分子筛与基质所呈现出的反应特点存在较大的区别,前者活性虽高,但总的氢转移反应活性过强。基质材料裂化活性虽低但其表面以氢负离子转移反应为主,反应路径角度更有利于小分子烯烃收率的提高。另外,基质表面存在Brönsted酸性位,或原料油首先与基质表面Lewis酸性位相接触再与Brönsted酸性位反应的预裂化过程,会在促进裂化反应发生的同时抑制总的氢转移反应,更有利于小分子烯烃收率的提高。     

芬顿试剂改性ZSM-5分子筛上丙烯齐聚反应研究

采用浸渍法分别制备了芬顿试剂及其原料FeSO₄和H₂O₂改性的ZSM-5分子筛,并与未改性的母体ZSM-5分子筛进行了对比实验。通过一系列表征手段及丙烯齐聚反应考察了各催化剂的理化性质和催化性能。结果表明,芬顿试剂、FeSO₄、H₂O₂的改性处理均会引起ZSM-5分子筛脱铝,从而导致其硅铝比升高。但与FeSO₄改性相比,芬顿试剂由于其产生的大量羟基自由基更容易将Fe引入分子筛,形成新的活性中心,同时芬顿试剂改性还能使分子筛的比表面积和介孔的体积增大,调节催化剂的酸性。与母体ZSM-5相比,Fenton-ZSM-5催化剂具有优异的催化活性和稳定性。初始丙烯转化率和柴油选择性分别高达98.3%和92.4%,24 h内转化率和选择性维持在80%和82%以上。     

芬顿试剂改性ZSM-5分子筛上丙烯齐聚反应研究

采用浸渍法分别制备了芬顿试剂及其原料FeSO₄和H₂O₂改性的ZSM-5分子筛，并与未改性的母体ZSM-5分子筛进行了对比实验。通过一系列表征手段及丙烯齐聚反应考察了各催化剂的理化性质和催化性能。结果表明，芬顿试剂、FeSO₄、H₂O₂的改性处理均会引起ZSM-5分子筛脱铝，从而导致其硅铝比升高。但与FeSO₄改性相比，芬顿试剂由于其产生的大量羟基自由基更容易将Fe引入分子筛，形成新的活性中心，同时芬顿试剂改性还能使分子筛的比表面积和介孔的体积增大，调节催化剂的酸性。与母体ZSM-5相比，Fenton-ZSM-5催化剂具有优异的催化活性和稳定性。初始丙烯转化率和柴油选择性分别高达98.3%和92.4%，24 h内转化率和选择性维持在80%和82%以上。     

ZSM-5分子筛酸性质对甲醛合成三聚甲醛催化性能的影响

ZSM-5分子筛是合成三聚甲醛的有效催化剂。本工作通过XRF、XRD、SEM、NH₃-TPD、Py-FTIR和²⁷Al MAS NMR等手段对一系列不同SiO₂/Al₂O₃物质的量比的ZSM-5分子筛催化剂进行了表征,研究了ZSM-5分子筛中Brønsted酸中心和Lewis酸中心对其甲醛合成三聚甲醛催化性能的影响。结果表明,SiO₂/Al₂O₃物质的量比为250的ZSM-5分子筛具有合适的Brønsted酸中心用于催化甲醛缩聚为三聚甲醛的反应,同时其Lewis酸中心量极少,可有效抑制Cannizzaro或Tishchenko等副反应,提高三聚甲醛的选择性,因而具有最佳的合成三聚甲醛催化性能。寿命实验评价结果显示,SiO₂/Al₂O₃物质的量比为250的ZSM-5分子筛具有良好的催化稳定性,单程寿命长达114 h,并且可通过550℃焙烧再生恢复其催化活性。     

ZSM-5分子筛酸性质对甲醛合成三聚甲醛催化性能的影响（英文）

ZSM-5分子筛是合成三聚甲醛的有效催化剂。本工作通过XRF、XRD、SEM、NH₃-TPD、Py-FTIR和²⁷Al MAS NMR等手段对一系列不同SiO₂/Al₂O₃物质的量比的ZSM-5分子筛催化剂进行了表征,研究了ZSM-5分子筛中BrΦnsted酸中心和Lewis酸中心对其甲醛合成三聚甲醛催化性能的影响。结果表明,SiO₂/Al₂O₃物质的量比为250的ZSM-5分子筛具有合适的BrΦnsted酸中心用于催化甲醛缩聚为三聚甲醛的反应,同时其Lewis酸中心量极少,可有效抑制Cannizzaro或Tishchenko等副反应,提高三聚甲醛的选择性,因而具有最佳的合成三聚甲醛催化性能。寿命实验评价结果显示,SiO₂/Al₂O₃物质的量比为250的ZSM-5分子筛具有良好的催化稳定性,单程寿命长达114 h,并且可通过550℃焙烧再生恢复其催...     

Ga改性Ga/ZSM-5分子筛的结构、性质及其催化丙烷芳构化的固体核磁共振波谱研究

采用不同的方法制备了一系列Ga改性的ZSM-5分子筛催化剂,通过固体核磁共振波谱(ss NMR)技术对催化剂的结构和酸性进行了表征,并考察了其催化丙烷芳构化的性能.结合⁷¹Ga NMR、吸附三甲基磷(TMP)探针分子的一维³¹P和二维(2D)¹H-³¹P HETCOR NMR实验,发现物理混合法制备的Ga₂O₃/ZSM-5样品只含有具有较弱Lewis酸性的Ga₂O₃物种,浸渍法制备的Ga/ZSM-5-ox和浸渍后还原再氧化法制备的Ga/ZSM-5-redo 2种样品上主要以高分散的氧化镓和阳离子Ga物种为主,而离子交换法制备的Ga/ZSM-5-IE样品上Ga主要以阳离子Ga物种的形式存在,高分散的氧化镓和阳离子Ga物种都具有更强的Lewis酸性.Ga/ZSM-5分子筛催化丙烷芳构化反应的结果表明,Ga物种与酸性明显影响催化剂的芳构化性能,丙烷的转化率和芳烃的选择性顺序为Ga/ZSM-5-IE>Ga/ZSM-...     

合成气直接转化制低碳烯烃催化剂设计及反应条件优化

采用水热法合成了相同粒径、不同硅铝比的ZSM-5分子筛,并通过浸渍法将Fe基（Fe-Cu-K）催化剂负载于ZSM-5上,系统考察了分子筛硅铝比变化对合成气制烯烃（FTO）反应的影响。结果表明,反应条件、分子筛酸性对CO转化率和低碳烯烃选择性有显著影响。当ZSM-5分子筛硅铝比为50时负载型催化剂有着最高的CO转化率（84.71%）和低碳烯烃选择性（32.08%）。H₂-TPR结果表明,硅铝比为50的Z50/FeCuK中Fe物相的还原度最高。原位漫反射红外光谱（DRIFTS）、热重差热分析（TG-DTA）、X射线粉末衍射（XRD）等结果表明,Z50/FeCuK催化剂表面吸附的碳酸盐和烃类吸附物种最多,且其反应后形成了较多的FeC_x晶相。最后对反应条件进行了优化,结果表明,温度为310 ℃,H₂/CO （volume ratio）=2和压力为1.0 MPa时FTO的催化性能最优。     

Ga改性ZSM-5分子筛催化丙烷芳构化性能研究

用离子交换法制备Ga改性ZSM-5双功能催化剂,并结合XRD、SEM、BET、NH₃-TPD、Py-IR及ICP、XPS等多种技术进行表征,考察分子筛硅铝比(Si/Al)和催化剂氧化还原预处理条件对分子筛的酸性质、Ga物种的存在状态及其丙烷芳构化催化性能的影响。研究表明,硅铝比不仅可以改变分子筛的酸性,也会影响分子筛中非骨架Ga物种与分子筛表面的相互作用程度,进而影响含Ga分子筛的丙烷芳构化性能。在质量空速1.0 h^-1、反应温度550℃ 下,Si/Al比为30的Ga-HZSM-5分子筛丙烷转化率和芳烃收率最高。Ga物种的引入可以提高丙烷的转化率和芳烃的选择性,并抑制烷烃、烯烃的裂解。H₂还原处理,将分子筛表面Ga₂O₃还原为低价的Ga⁺和GaH⁺₂物种,促进了Ga物种向分子筛微孔迁移;还原-氧化处理后,Ga⁺和GaH⁺₂物种氧化成GaO⁺,占据分子筛孔道离子交换位,显著提高了催化剂的芳构化活性。     

第一性原理研究镍改性ZSM-12分子筛的酸性(英文)

分子筛被用作工业催化剂时常需要过渡金属改性,镍是制备加氢/脱氢催化剂常用的过渡金属,本研究采用密度泛函理论研究镍改性的ZSM-12分子筛的结构和酸性。结果表明,分子筛的B酸质子可以被镍原子还原成氢分子,而Ni₂的团簇不能将B酸质子还原生成氢气分子。镍原子在分子筛内会被氧化,并形成Lewis酸性位,这会导致分子筛骨架铝的Lewis酸性变弱,镍改性后,分子筛吸附氢气的能力变强,被吸附的氢分子解离为氢原子,并带负电荷,不再具有B酸的功能。从计算的氨分子的吸附能来判断,由于吸附的氢会从镍原子得到电子,吸附的氢分子会增强镍原子的Lewis酸性。     

碱改性ZSM-11分子筛及其催化裂化增产烯烃性能

通过晶种辅助法合成ZSM-11分子筛,并对其进行碱处理从而制备了改性样品ZSM-11-AT.采用XRD、 N₂吸附和脱附、 XRF、 TEM、 NH₃-TPD和Py-IR等表征手段对样品ZSM-5、 ZSM-11和ZSM-11-AT的物化性质进行了表征和对比分析,发现改性样品ZSM-11-AT的比表面积、孔隙结构和酸性质均得到了改善.采用固定床反应装置对样品的催化裂化性能进行了评价,对样品ZSM-5、 ZSM-11和ZSM-11-AT的反应物转化率和产物分布进行了对比研究.结果表明, ZSM-11和ZSM-11-AT在烯烃乙烯和丙烯产率方面优于ZSM-5.与ZSM-11相比, ZSM-11-AT的催化性能得到了进一步的提高.     

碱处理对ZnZrOx/SAPO-34催化合成气一步法制低碳烯烃的影响

采用ZnZrO_x金属氧化物和SAPO-34分子筛物理混合制备了双功能催化剂,用于合成气一步法制低碳烯烃(STO)反应。考察了三乙胺、四甲基氢氧化铵和四乙基氢氧化铵三种有机碱溶液及不同浓度的三乙胺溶液处理对SAPO-34分子筛织构、结构和酸性的影响,采用XRD、SEM、N₂吸附-脱附、NH₃-TPD对分子筛进行了表征,并考察了碱处理后催化剂的STO反应性能。结果表明,采用0.06 mol/L的三种有机碱后处理均可在SAPO-34分子筛表面刻蚀出部分多级孔道,从而在STO反应中加速金属氧化物表面形成的中间过渡物种从金属氧化物表面扩散进入SAPO-34分子筛孔道,提高了催化剂在STO反应中CO的转化率,同时,三种碱处理均可降低SAPO-34分子筛的酸量及酸强度,从而提高催化剂在STO反应中低碳烯烃选择性;采用0.02-0.10 mol/L的三乙胺处理SAPO-34分子筛,均在SAPO-34分子筛表面刻蚀出的多级孔,提高了STO反应中CO的转化率,且0.02和0.06 mol/L的三乙胺溶液处理后的SAPO-34分子筛,酸强度和...     

ZSM-5-SBA-15复合分子筛制备及甲苯甲醇烷基化性能研究

采用后合成法制备了ZSM-5-SBA-15复合分子筛,通过XRD、FT-IR、BET、NH₃-TPD及吡啶红外等手段表征催化剂的性质。结果表明,ZSM-5-SBA-15既具有微孔结构又具有介孔结构。吡啶吸附和NH₃吸脱附实验结果表明,ZSM-5微孔分子筛的引入使SBA-15介孔分子筛的酸性增强,但与ZSM-5相比,ZSM-5-SBA-15复合分子筛的酸性位没有改变,酸强度有一定的减弱。用固定床评价了该复合分子筛甲苯甲醇烷基化反应的催化性能。结果表明,与常规ZSM-5相比,ZSM-5-SBA-15表现出了较高的对位选择性。     

Co3O4/KIT-6催化剂催化分解N2O反应研究

本文采用等体积浸渍法将活性组分Co₃O₄负载到具有大比表面积、独特三维交联介孔道的KIT-6分子筛上,制备一种负载型的Co₃O₄/KIT-6催化剂,并用于催化分解N₂O反应.研究发现,负载Co₃O₄后的催化剂不仅保持了KIT-6有序的介孔结构,同时增大了催化剂的有效比表面积,提高了活性组分Co₃O₄的利用率,其催化活性基本与纯Co₃O₄相持平.通过对不同负载量的Co/KIT-6催化剂的活性测试发现,该催化剂的活性随着Co负载量的增加而提升.通过对30%Co/KIT-6催化剂的稳定性测试及其在杂质气体存在条件下的活性测试,表明30%Co/KIT-6催化剂具有较好的催化稳定性和杂质气体抗性,适用于实际工业生产尾气中的N₂O处理.     

不同模板剂合成具有介微结构的ZSM-5分子筛及其甲醇制丙烯性能

分别采用四丙基氢氧化铵(TPAOH),十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和N-十八烷基-N'-己基-四甲基-1, 6-己二铵(C_18-6-6Br₂)作为模板剂,合成了具有不同介微结构的纳米ZSM-5分子筛(NZ),介孔ZSM-5分子筛(MZ)和纳米薄层ZSM-5分子筛(NSZ).对合成的样品进行X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM), N₂吸附-脱附和氨程序升温脱附(NH₃-TPD)表征,并与传统微孔ZSM-5分子筛(CZ)对比.结果表明,样品的介孔孔容和外表面积大小的顺序为NSZ > MZ > NZ > CZ,强/弱酸之比的顺序为CZ > MZ > NZ > NSZ.在甲醇制丙烯(MTP)反应中,催化剂的介微结构特征影响MTP反应的产物选择性及稳定性,丙烯和总低碳烯烃选择性随着介孔孔容的增加而增加, NSZ样品具有最高的丙烯选择性(47.5%)及总低碳烯烃选择性(78.4%).此外,介孔的引入能适当延长催化剂的寿命,具有适宜酸性质的NZ样品的催化寿命最长(200 h).     

超低硅铝比多级孔ZSM-5分子筛的无模板剂合成

以水玻璃为硅源、Al₂(SO₄)₃·18H₂O为铝源,投料硅铝比SAR=n(SiO₂)/n(Al₂O₃)=40,前躯体凝胶pH=11.2、Na₂O/SiO₂=0.18、 H₂O/SiO₂=43、m(晶种)/m(SiO₂)=0.16,不添加任何模板剂条件下合成了具有多级孔结构的超低硅铝比ZSM 5分子筛,其结构经²⁷Al NMR, SEM-EDS, Py-IR, NH₃-TPD, XRD和N₂-吸脱附表征。SEM结果表明ZSM-5分子筛晶体为侧面呈“维管束”状的长方体;EDS分析表明其表面硅铝分布具有显著不均一性：顶底表面SAR=20,侧面SAR=13。NH₃-TPD分析表明：该ZSM-5分子筛整体具备可观的弱酸总酸量(1.9 mmol·g^-1),且以Lewis酸为主。N₂吸脱附实验表明：ZSM-5分子筛存在明显的介孔结构,属同时含有微孔-介孔结构的多级孔、超低硅铝比ZSM-5分子筛。     

多级孔ZSM-5分子筛的制备及催化噻吩烷基化性能研究

用不同浓度的Na₂CO₃溶液处理ZSM-5分子筛,采用XRD、XRF、SEM、N₂吸附脱附及NH₃-TPD方法对处理前后的ZSM-5分子筛进行表征,并考察了Na₂CO₃溶液处理对ZSM-5分子筛孔结构、酸性以及噻吩烷基化性能的影响。结果表明,Na₂CO₃溶液处理在保持ZSM-5分子筛微孔骨架结构的同时,增加了ZSM-5分子筛的比表面积、外表面积和介孔体积,并调变了酸性。Na₂CO₃溶液处理提高了ZSM-5分子筛催化剂的噻吩烷基化活性和噻吩选择性。一定反应条件下,随着Na₂CO₃溶液浓度增加,多级孔ZSM-5分子筛的噻吩烷基化性能逐渐提高,而噻吩选择性先增加后下降。当Na₂CO₃溶液浓度为2 mol/L时,分子筛的噻吩转化率和噻吩选择性分别为81.26 %和73.15%。当Na₂CO₃溶液浓度为3 mol/L时,噻吩转化率和选择性分别为90.57 %和72.59%。     

TPAOH/NaOH混合碱体系对ZSM-5沸石的改性及其催化性能研究

采用四丙基氢氧化铵和氢氧化钠有机无机混合碱TPAOH/NaOH体系对ZSM-5分子筛进行改性处理,得到了具有介孔和微孔的ZSM-5分子筛。用XRD、N₂吸附脱附、NH₃-TPD、SEM等手段对改性后的产物进行表征。结果表明,碱处理ZSM-5分子筛会使分子筛同时脱硅和脱铝。当混合碱体系中总OH^-浓度一定时,随TPA⁺/OH^-比值的降低和处理时间的延长,均会使分子筛的微孔结构数量减少,介孔结构数量增加。同时,还会改变分子筛的酸性,TPA⁺/OH^-比值适合的混合碱体系可在生成介孔的同时最大限度保留微孔结构,并减少分子筛的强酸数量,在甲醇制烯烃反应(MTO)中表现出较高的丙烯选择性。与无机碱NaOH相比,TPAOH对分子筛的改性速率较慢而且温和,具有可控性,可以起到孔道生长调节剂的作用。     

Cr改性USY分子筛提高裂化催化剂的异构化性能

在催化裂化过程中,烷烃分子在酸性催化剂表面进行一系列的反应,其中氢转移反应能导致汽油中的烯烃质量分数降低,而异构化、环化、芳构化反应则改善裂化产品的分布,对提高裂化汽油的辛烷值有明显的效果。为了解决我国裂化汽油中烯烃质量分数过高的问题,目前大多数催化裂化装置都采用了降烯烃裂化催化剂,以氢转移反应活性高的REUSY分子筛作为裂化催化剂的活性组分。但由于REUSY分子筛的异构化活性较低,因此裂化汽油的辛烷值有所下降,需要对裂化汽油进行加氢异构化处理。若直接对裂化催化剂进行改性,提高其异构化反应活性,     

ZSM-5催化丙烯芳构化反应构效关系及反应特性

甲醇两步制芳烃反应中低碳烯烃芳构化反应稳定性优异,为分析其内在机制,制备了不同硅铝比(n_SiO2/n_Al2O3)及Zn负载量的ZSM-5催化剂,以丙烯芳构化为模型反应,分析ZSM-5表面酸性对低碳烯烃芳构化反应性能的影响规律,并探究反应微观特性。发现当硅铝比由150降至75时,增加的酸密度促进了烯烃氢转移芳构化过程,使芳烃选择性由31.0%增至34.4%,但丙烯直接参与的氢转移过程也被强化,使丙烷产物选择性由28.2%增至36.0%。引入Zn助剂可将部分Br?nsted酸转变为ZnLewis酸,强化烯烃脱氢芳构化过程,使芳烃选择性进一步显著增加到62.4%。丙烯芳构化过程中芳烃烷基化深度比甲醇芳构化过程低,提升总芳烃选择性的同时,也明显抑制了难溶性积碳的形成,使反应稳定性明显提升。由此得出,甲醇两步制芳烃过程中甲醇制低碳烯烃过程对甲醇的预先消耗,抑制了低碳烯烃芳构化反应芳烃产物的深度烷基化,是该反应表现出优异稳定性的重要原因。     

富氢气氛下CO选择性氧化催化剂Pt/γ-Al2O3中添加钴的作用

研究了Pt/γ-Al₂O₃催化剂上添加Co对降低Pt负载量的效应,同时通过XRD,CO-TPD,H₂-TPR和FTIR等手段对Co助催的Pt/γ-Al₂O₃催化剂进行了表征,藉此探讨了Co的改性作用.实验结果表明,在Pt/γ-Al₂O₃催化剂中添加Co可显著降低Pt的用量和改善低温活性.在Pt负载量为w_Pt=0.01,Co添加量为w_Co=0.015～0.03时,在ψ_O2/ψ_CO=1.0和120℃的较低温度下,CO转化率和O₂选择性分别高达99%和47%以上.在Pt/γ-Al₂O₃催化剂中添加的Co以不完全还原的CoO_x形态存在,不仅可以提供活泼氧与CO反应生成CO₂,而且影响Pt的电子性能,使之较难还原.Co的引入还削弱了CO在Pt上的吸附,使CO线式吸附物种消失,同时使碳酸氢盐和甲酸盐吸附物种增加.随温度升高,Co/Pt/γ-Al₂O₃催化剂上碳酸氢盐物种消失并转化成CO₂.