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。     

ZSM-5/ZSM-57复合分子筛催化剂上混合C4烃的催化转化反应

以ZSM-5/ZSM-57复合分子筛为催化剂, 考察了其对混合C4烃催化转化的反应性能. 采用氨程序升温脱附(NH3-TPD)和吡啶吸附傅立叶变换红外(FT-IR)光谱技术表征复合分子筛的酸性质. 结果表明, 当复合分子筛中ZSM-5的含量较低时, 比ZSM-5具有更高的催化活性及乙烯和丙烯选择性, 这是因为此时复合分子筛酸强度较高、酸量较多, 且小孔ZSM-57有利于乙烯和丙烯的择形反应. 而当复合分子筛中ZSM-5的含量较高时, 具有较高的苯和甲苯选择性, 其原因可能是其孔结构及共晶生长时的结构匹配性对芳构化反应有利.     

ZSM-5／MOR复合分子筛催化剂对混合C4烃转化反应的催化性能

以ZSM-5/丝光沸石(MOR)复合分子筛为催化剂,对混合C4烃的催化转化反应进行了评价,并采用程序升温脱附和原位红外光谱技术对ZSM-5/MOR的酸性进行了表征. 结果表明,与ZSM-5相比, MOR具有很低的催化活性,但ZSM-5/MOR复合分子筛具有较高的催化活性,随着ZSM-5/MOR复合分子筛中ZSM-5含量的增加, C4烃转化率稍有升高;在C4烃转化率大致相同的情况下,乙烯和丙烯的总选择性比较接近,但苯和甲苯的总收率却快速升高. 随着ZSM-5/MOR复合分子筛中ZSM-5含量的增加,弱酸和中强酸的酸量逐渐减少,强酸的酸量有所增加. 由于ZSM-5/MOR复合分子筛中MOR对ZSM-5起到分散作用而产生更多的L酸中心,且此L酸中心处于分子筛的外表面而具有较高的能量,导致苯和甲苯的总收率升高.     

改性的纳米HZSM-5沸石作为对位选择性烷基化反应催化剂

Zeolites with grain size less than 100 nm, which bear both the unique physical properties of nano grains and the unique micropore character of zeo lites, are big potentials in replacing the existing zeo lite catalysts and in developing novel environmental ly-benign catalytic processes. We observed[1] in the alkylation of ethylbenzene with ethylene that the at tenuation of the HZSM-5 crystallites into nano-size significantly increases the catalyst activity and dura bility. Yet studies on the modification of nano-zeo lites in order to improve their low shape-selectivity remain unreported.     

硅胶原位合成ZSM-5分子筛及其催化性能的研究

以正丁胺为模板剂,采用水热晶化法在固体硅胶小球上原位合成了ZSM-5分子筛。考察了晶化温度、晶化时间、初始凝胶硅铝比及H2O/ SiO2、BuNH2/ SiO2、OH-/SiO2对ZSM-5相对结晶度的影响,得到了ZSM 5的合成化学规律。采用XRD、SEM、FT IR及N2吸附手段对固体硅胶小球上原位合成的复合结构分子筛进行了表征。结果表明,这种材料具有介孔和微孔的复合结构特征,而且很好地保持了硅胶小球的形貌。以大庆VGO为原料,在重油微反装置上对该复合结构分子筛进行催化性能评价。结果表明,使用硅胶原位合成的ZSM-5分子筛可显著提高低碳烯烃选择性和收率。     

ZSM-5酸改性对甲醇芳构化性能的影响

利用硝酸、草酸和酒石酸溶液对ZSM-5分子筛进行改性,并采用XRD、SEM、NH₃-TPD、XRF、²⁷Al MAS NMR、吡啶吸附红外光谱和N₂吸附-脱附对ZSM-5分子筛结构、酸量、比表面积及孔体积等物化性质进行表征分析。在反应温度为422℃,甲醇质量空速为4.74 h^-1的条件下,考察了ZSM-5分子筛的催化活性。结果表明,采用不同酸改性ZSM-5分子筛,影响了分子筛的比表面积、酸性及孔体积,从而改变了催化剂的催化性能。在甲醇芳构化（MTA）反应中,酸改性后的分子筛表现出良好的催化活性,且草酸改性后的催化剂表现出较高的催化活性及选择性,反应8 h时,芳烃及BTX收率分别达到57.40%和39.40%。     

碱改性ZSM-5分子筛及其甲醇芳构化性能

利用乙酸钠和柠檬酸钠对ZSM-5分子筛进行脱硅改性处理,并通过XRD、SEM、NH3-TPD、27AlMASNMR、吡啶吸附红外光谱和N2吸附-脱附等表征手段对ZSM-5分子筛结构、酸量、比表面积及孔体积等物化性质进行表征分析.结果 表明,碱改性使分子筛的孔径增加且形成合适的微-介孔结构,同时,使L酸量和B酸量明显降低...     

ZSM-5催化剂中镍、铜含量的溶出伏安分析

考察了阳极溶出伏安法测定ZSM-5催化剂中Cu2 和Ni2 的可行性。实验采用玻碳汞膜电极为工作电极的三电极系统,在pH=0.73的0.24 mol.L-1HCl底液中,Cu2 在-0.25 V(vs.SCE)附近有一个灵敏的一阶导数溶出峰,其峰高与Cu2 在0.01~0.325μg.mL-1范围内有较好的线性关系,检出限为0.004596μg.mL-1,相关系数为0.9991,回收率在98.00%~100.5%,精密度在2.27%~5.14%;在pH=9.41的0.06 mol.L-1NH4OH-NH4Cl底液中,Ni2 在-0.30 V(vs.SCE)附近有一个灵敏的一阶导数溶出峰,此峰高与Ni2 在0.5~5.5μg.mL-1范围内有较好的线性关系,检出限为0.4422μg.mL-1,相关系数为0.9996,回收率在98.12%~101.7%,精密度在3.64%~6.21%。常见干扰离子Fe3 、Zn2 、Cd2 、Ni2 、Al3 等对镍和铜的分析无影响。用本法对ZSM-5催化剂中Cu2 、Ni2 含量进行了测定,获得了满意的结果。     

ZSM-5分子筛催化剂稳定性的研究

为观察C₄烯烃转化制丙烯过程中影响催化剂稳定性的因素,对经历不同反应时间（即新鲜、反应48h、反应650h、反应650h后再生和再生后再进行反应48h）的系列ZSM-5分子筛催化剂进行了表征。结果表明,经历长期反应后,催化剂微孔体积和BJH吸附累积孔体积明显降低;再生后,孔体积可以恢复到新鲜催化剂的初始值。与此同时,NH₃-TPD酸量不仅降低,而且再生后也不能得到恢复。与高温水蒸气处理的催化剂相比较,²7Al MAS NMR表征结果说明,积炭因素对催化剂孔体积的影响可通过再生消除,而分子筛骨架铝丢失和分子筛晶胞参数的降低对催化剂酸量的持续减少起主要作用。长期在高温水蒸气条件下运行后,催化剂酸量可维持在一定水平,使催化剂长期稳定运行成为可能。     

硅烷化改性对纳米ZSM-5甲醇制汽油催化剂性能的影响

对比了水热处理后微米ZSM-5和纳米ZSM-5分子筛的物化性质和催化甲醇制汽油(MTG)的反应性能,发现采用纳米ZSM-5分子筛催化剂能得到较高的汽油收率和较长的寿命,但汽油中均四甲苯含量较高.对纳米ZSM-5分子筛进行硅烷化处理,利用低温N_2吸附-脱附、X射线衍射(XRD)、氨气程序升温脱附(NH_3-TPD)对改性前后的样品进行表征.在温度380℃、压力2.0 MPa、空速3.0 h~(-1)的反应条件下进行MTG反应,对硅烷化改性后的催化剂进行评价.结果表明,负载SiO_2后催化剂的强酸中心降低,比表面积和孔容降低.纳米ZSM-5分子筛合适的SiO_2负载量为2%,硅改性后用于MTG反应,催化剂的寿命和汽油收率分别由改性前的144 h和33.6%显著增加到180 h和34.4%.当SiO_2负载量继续增加时,催化剂寿命和汽油收率逐渐降低.另外,随SiO_2负载量的增加,其催化MTG所得汽油产品中的异构烷烃和芳烃含量降低,烯烃和正构烷烃含量增加,均四甲苯含量显著降低,改善了油品质量.     

Catalytic Combustion of Methane over High Copper-Loading ZSM-5 Catalysts

Two series of Cu/ZSM-5 catalysts,loading from 5 to 20 wt% CuO,were prepared by the deposition-precipitation and impregnation methods,respectively.The catalysts prepared by the impreg- nation method showed better catalytic performances than those prepared by the deposition-precipitation method and the increase of copper loading favored methane conversion.20Cu(I)/ZSM-5 had the highest activity with T_(90%)of 746 K,and for 20Cu(D)/ZSM-5,T_(90%)was as high as 804 K.The characteriza- tion of X-ray diffraction(XRD),temperature-programmed reduction(TPR),temperature-programmed desorption(TPD),and X-ray photoelectron spectroscopy(XPS)revealed that the dispersion of cop- per species could be improved by using the deposition-precipitation method instead of the impregnation method,but the fraction of surface CuO,corresponding to active sites for methane oxidation,was larger on 20Cu(I)/ZSM-5 than 20Cu(D)/ZSM-5.The results of Pyridine-Fourier transform infrared spectrum (Py-FT-IR)showed that a majority of Lewis acidity and a minority of Brφnsted acidity were present on Cu/ZSM-5 catalysts.20Cu(I)/ZSM-5 presented more Lewis acid sites.The number of Lewis acid sites changed significantly with preadsorption of oxygen.Adsorption of methane and oxygen on acid sites was observed.The properties of Cu/ZSM-5 catalysts were correlated with the activity for methane oxidation.     

Catalytic oxidation of soot particulates over MnOx-CeO2 oxides prepared by complexation-combustion method

MnOx-CeO2 oxides prepared by complexation-combustion method were used for soot oxidation. The highest conversion rate of soot was obtained on a MnOx-CeO2 oxide prepared under mild acid condition of pH = 4, where the oxidation temperature corresponding to maximum activity was decreased more than 150℃ compared with that of un-catalytic soot oxidation. The structure and property of the catalysts were investigated by X-ray powder diffraction (XRD) and temperature programmed reduction (TPR). The results indicate...     

A Novel Cu-Mo／ZSM-5 Catalyst for NOx Catalytic Reduction with Ammonia

The Cu-Mo/ZSM-5 catalysts with different Cu/Mo ratios were prepared by wet impregnation method, and their catalytic performance for selective catalytic reduction of NOx was studied. The results showed that Cu-Mo/ZSM-5 is a very effective catalyst for NOx catalytic reduction with ammonia, especially when Cu/Mo molar ratio is about 1.5. It not only exhibited the extremely high catalytic activity, but also showed good stability for 02. The bulk phase structure of Cu-Mo/ZSM-5 catalysts was determined by XRD technique, and the results indicated that there is a maximum dispersion for Cu species when Cu/Mo molar ratio is 1.5, and an interaction between Cu and Mo along with HZSM-5 may be present in Cu-Mo/ZSM-5, which may possibly result in a special structure favorable for the catalytic reduction of NOx over Cu-Mo/ZSM-5 catalyst.     

富氧条件下 Mn/ZSM-5 选择催化 CH4 还原 NO

 考察了富氧条件下 Mn/ZSM-5 催化剂上 CH₄ 选择催化还原 NO 反应, 并采用 H2程序升温还原、SO2程序升温表面反应和 NO程序升温脱附等手段对催化剂进行了表征. 结果表明, 催化剂活性与制备方法和 Mn 负载量密切相关. 离子交换法制备的 Mn/ZSM-5 催化剂活性明显优于浸渍法制备的催化剂; NO 转化率随着 Mn 负载量的增加而增加, 至 2.06% 时达到最大值 (57.3%), 然后随着 Mn 负载量的增加而降低. 采用离子交换法或较低 Mn 负载量 (≤ 2.06%) 抑制了催化剂中非化学计量的 MnO_x (1.5 < x < 2) 物种的形成, 减缓了 CH₄ 的氧化燃烧反应, 因而 CH₄ 还原 NO 的选择性提高. 在含 SO₂ 体系中, Mn/ZSM-5 活性在 550 ^oC 以下时明显下降, 但在 600 ^oC 以上基本不受影响. 这是由于在 550 ^oC 以下时 SO₂ 在 Mn/ZSM-5 表面形成了稳定的吸附硫物种, 覆盖了部分活性位, 导致催化剂活性降低; 而在 600 ^oC 以上时含硫物种基本脱附完全, 因而对催化剂活性影响不大.     

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%。     

Au/ZSM-5催化剂催化裂化轻柴油多产丙烯

经过三十多年的研究与开发,金催化已应用到环境污染治理与控制、精细化工合成和能源等领域,涉及的化学反应从简单的 CO氧化和丙烯环氧化等扩展到加氢、羰化和缩合等各类有机合成反应,研究领域从多相催化到均相催化以及光催化等.然而金催化所探索的反应多在较温和的反应条件下进行,对于重油催化裂解这类高温和复杂混合反应物体系的研究几乎无人问津.催化裂化(FCC)过程由于具有能耗较低、原料低廉及装置适应能力强等优点,在增产丙烯方面发挥着重要作用.由于特殊孔结构的择形性、较强的酸性和低的氢转移活性以及良好的水热稳定性, ZSM-5分子筛是目前应用于 FCC多产丙烯催化剂和助剂最为广泛的重要组分.值得注意的是,目前国内外开发的改性 ZSM-5无论是对 C4烃类和石脑油等催化裂解或作为助剂用于 FCC增产丙烯均有积极作用,但反应温度较高(大于510oC);当降低反应温度后,其增产丙烯的能力将受到极大限制.本文利用纳米金低温催化活性高的特点,采用改进的沉积沉淀(DP)方法,通过调变制备参数和金载量,制备了系列金修饰的 ZSM-5催化剂,考察了其对轻柴油催化裂解多产丙烯的催化性能.采用 X射线衍射(XRD)、N2吸附-脱附、氨程序升温脱附(NH3-TPD)、透射电镜(TEM)和诱导耦合等离子体光谱(ICP-AES)等手段研究了纳米金的分散状况及其对 ZSM-5物理化学结构的调变.结果发现,在460oC的较低反应温度下,与微米 ZSM-5母体相比,采用常规 DP法制备的经过滤洗涤后未用 NaBH4还原而是在300oC下空气中焙烧,理论金载量分别为0.5,0.8和1.0 wt%的三个纳米金催化剂的微反活性和丙烯选择性均增加.其中丙烯选择性分别提高了8.8%,2.9%和23.2%,微反活性指数分别提高了7.1%,4.3%和4.5%.这表明少量金的引入有利于在较低反应温度下催化裂化轻柴油增产丙烯,反映了其催化裂解烃类化合物的能力. TEM观察表明, Au/ZSM-5催化剂中金粒径分布非常不均匀(<10 nm–<200 nm).然而其中一些金粒子与载体呈扁平式接触,显示了两者间较强的相互作用.另外一些较小的金粒子可能嵌入到狭缝片状 ZSM-5颗粒之间的孔隙中,这可能在一定程度上影响了母体 ZSM-5的孔结构分布及其催化裂化性能. XRD, N2吸附-脱附和 NH3-TPD结果表明,金引入制备参数及其载量的变化导致了母体 ZSM-5载体的 MFI结构、孔结构分布及强弱酸量的变化.上述丙烯选择性和微反活性因
　　金的修饰而同时提高的三个金催化剂,基本保持了完整的 ZSM-5的 MFI结构,并且其孔分布比 ZSM-5窄.金的引入明显提高了 ZSM-5母体的酸性尤其是低温弱酸的酸强度,然而,综合性能优良的催化剂其强弱酸量的比例相近.因此,金修饰导致微反活性和丙烯选择性的同时提高取决于改性催化剂的 MFI结构、孔分布以及强弱酸比例的协同作用,而金载量和金粒子尺寸的影响不明显.一般来讲,修饰的金属主要通过形成正碳离子而在 B酸位上生成轻烯烃.高温水汽老化试验后,金修饰的 ZSM-5比未修饰的ZSM-5保留了更多的酸位,说明金在一定程度上抑制了骨架铝的脱除.扁平状分布在母体上的金粒子与母体间较强的相互作用可能导致部分电子从金属态金转移到(SiAl)O(OH)m上,增加了羟基中质子的流动性而提高了改性分子筛的酸性,有利于正碳离子的形成.     

低成本原料一步直接合成小晶粒ZSM-5分子筛

以硫酸铝、水玻璃、正丁胺、水、晶种、NaCl、浓硫酸等低成本试剂为原料,一步直接合成法制备了高结晶度小晶粒ZSM-5分子筛,详细考察了凝胶陈化方式、滴加顺序、晶化时间、晶化温度、水量及原料硅铝比对分子筛结晶度及粒度的影响.通过XRD、SEM等对合成的分子筛进行了详细表征.研究结果表明:采用低温水浴回流搅拌陈化方式、在160～170℃、晶化30 h可获得高结晶度小晶粒ZSM-5分子筛.正反加顺序对分子筛结晶度影响不大.     

Mo/ZSM-5催化剂体系上NO的选择性催化还原研究

 首先用浸渍法在HZSM－5上负载了不同的金属元素（Mo，Sn和Ni），并比较了它们在含氧条件下对NO分解反应的影响．结果表明，Mo／ZSM－5的催化活性最高．进一步用离子扩散法、浸渍法、物理混合法及合成法制备了四种Mo／ZSM－5样品，并以NH3为还原剂，考察了它们的NO的选择性催化还原反应性能．结果表明，用离子扩散法制得的样品对NO还原反应的催化活性最高，在360℃下，NO转化率可达98％．同时，用XRD，SEM，ICP和EDS等技术对4种样品的体相和表面结构进行了测试．结果表明，用离子扩散法制得的样品，Mo元素在分子筛催化剂的内表面有很好的分散性，导致Mo／ZSM－5具有高的催化活性．这可能是由于Mo元素迁移到分子筛的孔道内，在催化剂表面形成了有利于NO选择性催化还原反应的某种特殊活性结构．     

柴油机尾气碳颗粒燃烧中La-Mn-Fe-Cu/HZSM-5的催化性能

采用柠檬酸络合浸渍法制备分子筛负载钙钛矿型金属复合氧化物催化剂。采用XRD、SEM、XPS和H₂-TPR等手段对催化剂性能进行表征,并在微型固定床反应器中对催化剂进行活性评价。结果表明,B位离子由多种金属离子组成的催化剂,可使碳颗粒燃烧温度降低,生成CO₂的选择性高。B位离子种类及配比直接影响催化剂性能,Cu离子加入可提高生成CO₂的选择性,Co离子加入可降低碳颗粒燃烧温度,调节Fe/Mn离子摩尔比可以改善碳颗粒燃烧温度和生成CO₂的选择性。其中,LaMn_0.2Fe_0.7Cu_0.1O₃/HZSM-5催化剂性能较好,碳颗粒燃烧温度较低,T_ig、T_m和T_f分别为236.6、419.0和458.7 ℃,生成CO₂选择性较高,为88.3%。     

预先负载原料法合成ZSM-5/SAPO-5复合分子筛

采用预先负载原料法合成了一系列ZSM-5/SAPO-5(核/壳)双结构分子筛, 研究了预负载磷酸的条件对核壳结构分子筛的形成及性质的影响, 采用X射线衍射、扫描电子显微镜、X射线能量散射谱和红外光谱等手段对样品进行了表征. 结果表明, 负载原料的预处理条件明显影响磷与ZSM-5间的作用力及复合分子筛的结晶度和颗粒形貌等特性. 与常规合成方法相比, 在适宜的条件下采用这种方法更有利于小颗粒SAPO-5分子筛的形成及其在ZSM-5表面的生长.