晶粒度对ZSM-5沸石上C4液化气低温芳构化反应的影响

用小型加压固定床反应器对比研究了晶粒度分别为20～50nm(DNZ)、1～2μm(IDG)和3～4μm(NK)的ZSM-5沸石的液化气(含C4烯烃56%、C4烷烃43%)低温芳构化反应性能。用SEM、XRF、XRD、NH3-TPD、吸附量和积炭量测定等方法对催化剂进行了表征。结果表明,纳米沸石催化剂DNZ与微米沸石催化剂IDG、NK虽初始芳构化活性(C5 烃中的芳烃含量)基本相同,但当DNZ、NK、IDG分别运转到192h、144h和168h时,芳烃含量分别降为68%、52%和46%,而积炭量依次为209、162和201mg/g。这是由于纳米ZSM-5沸石具有晶间孔辅助容炭,孔口多和孔道短等特点,因而在液化气低温芳构化反应中表现出比微米ZSM-5沸石更强的抗积炭失活能力。     

La2O3掺杂TiO2光催化剂的制备和性能

采用溶胶-凝胶法制备了La2O3掺杂TiO2纳米光催化剂，并通过XRD、TEM、BET和XPS等手段进行了表征．掺入La2O3后，阻止了TiO2从锐钛矿晶型向金红石晶型的转变，使TiO2的粒径减小，比表面积增大．以甲基橙为光催化降解反应模型化合物，考察了光催化剂的活性．测定了甲基橙在纯TiO2和La2O3掺杂TiO2光催化剂上的吸附常数．考察了pH、H2O2对降解性能的影响．讨论了光催化活性与催化剂性质的关系．     

Au/TiO2光催化剂的制备及其催化性能

采用改进的等体积浸渍法、光化学沉积法分别制备了不同Au担载量的Au／TiO2光催化剂,以甲基橙的光催化降解反应作为模型反应,考察了金的担载量、预处理条件、制备方法等因素对其光催化性能的影响,以漫反射紫外一可见光谱（DRS）分析了不同金担载量的Au／TiO2光催化剂的光谱特征。结果显示,适当担载量的Au可显著提高TiO2的光催化活性,以改进的等体积浸渍法制备的0．8％Au／TiO2催化剂的光催化活性最高。DRS结果显示,金的担载对TiO2的光谱特征没有影响。     

三维大孔TiO2光催化剂的制备及其催化性能

 以聚甲基丙烯酸甲酯微球为模板,以钛酸正丁酯为原料,采用溶胶-凝胶法制备了具有三维结构的大孔TiO2. 采用差示扫描量热、热重-微分热重、X射线衍射、红外光谱、扫描电子显微镜和氮气吸附等手段对样品进行了表征. 结果表明,高温热处理后得到的三维大孔TiO2光催化剂的孔径为200 nm左右,孔径分布均匀, TiO2纳米晶粒中锐钛矿相和金红石相的含量分别为82%和18%. 光催化氧化实验表明,此种三维结构的TiO2对甲基橙溶液具有较好的光催化氧化性能.     

ZSM-5、ZSM-57分子筛和丝光沸石间的转晶规律

考察了硅铝比、碱度、有机胺模板剂、晶化时间及温度等合成条件对ZSM-5、ZSM-57 分子筛和丝光沸石之间相互转晶的影响. 发现较高的碱度、较长的晶化时间有利于合成丝光沸石；较低的碱度、较高的诱导晶化温度、较长的晶化时间有利于合成低硅铝比的ZSM-57 分子筛；合成低硅铝比的ZSM-5分子筛则需要在能合成丝光沸石和ZSM-57 分子筛的碱度区间内精确调节碱度, 缩短晶化时间、降低诱导晶化温度、加入适当晶种, 有利于合成低硅铝比的ZSM-5 分子筛. 合成条件稍微改变, 会导致各种沸石之间发生转晶, 晶化产物出现两种或两种以上的晶型.     

碳纳米管改性TiO2光催化剂的制备及性能

以钛酸四丁酯为前驱体,通过溶胶-凝胶法制备了碳纳米管（CNT）改性的TiO2光催化剂．考查了不同CNT含量的光催化剂的催化活性,结果农明CNT的质量分数为0．3％时对甲基橙具有最佳的降解效果,100min的降解率接近90％,明显高于纯TiO2．采用XRD、IR和UV—vis对光催化剂进行了表征,光催化剂的粒径经计算为20nm～30nm,红外光漕中改性TiO2有羰基吸收峰,紫外光谱中改性TiO2的吸收出现明显红侈．     

小晶粒ZSM-5沸石的绿色、经济性合成

通过添加少量silicalite-1做为活性晶种在较宽的SiO₂/Al₂O₃比范围内制备得到了小晶粒ZSM-5沸石,对所得样品进行X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM),N₂吸附-脱附,氨程序升温脱附(NH₃-TPD)以及吡啶吸附红外(Py-IR)表征。研究结果表明活性晶种能有效导向生成ZSM-5沸石,避免杂晶形成并可减小所得沸石的晶粒尺寸;所得ZSM-5在低硅铝比(SiO₂/Al₂O₃ ratio = 30)时呈纳米颗粒聚集体形貌,具有多级孔道结构性质;在较高硅铝比时(SiO₂/Al₂O₃ ratio = 60–120)呈小晶粒形貌,颗粒尺寸大约200 nm。值得注意的是由胶态晶种引入的少量TPAOH不完全堵塞沸石的微孔孔道,因此所得所有沸石均无需提前焙烧除去模板剂即可进行离子交换得到具有酸性的H型ZSM-5沸石,所得酸性H型ZSM-5沸石具有和常规方法得到的相同SiO₂/Al₂O₃比的ZSM-5相似的酸类型、强度和酸量,在催化甲醇转化制备烯烃时呈现出相似的甲醇转化率和烯烃选择性。与常规ZSM-5制备方法比较,该方法能够大大减少模板剂的使用量,避免了样品离子交换前的焙烧,方法绿色清洁、成本低廉,具有很好的潜在的工业应用前景。     

Li+掺杂纳米TiO2的制备及其光催化性能研究

采用溶胶-凝胶法和浸渍法制备了Li⁺掺杂纳米TiO₂光催化剂,并用XRD和TEM等技术进行了表征;用pH值漂移法测量了催化剂的零电位pH值(pHpzc).结果表明,500℃煅烧制得的催化剂均为锐钛矿相;Li⁺的掺杂抑制了TiO₂粒子的生长,提高了催化剂的分散性;催化剂的零电位pH值为6.6—8.1,其值取决于Li⁺的浓度和掺杂方式.分别以紫外光和太阳光为光源,孔雀石绿和甲基橙为降解物评价了催化剂的光催化活性;并用气相色谱测试了污染物降解产生的CO₂的含量.结果显示,对孔雀石绿的降解,浸渍法和溶胶-凝胶法掺Li⁺都能有效提高TiO₂的光催化活性,但浸渍法比溶胶-凝胶法效果更好,催化活性最高的为浸渍法制备的5%(摩尔分数)Li⁺掺杂TiO₂,其在紫外光和太阳光下的光催化活性分别比纯TiO₂提高了6—8倍和9—10倍;对甲基橙的降解,除溶胶-凝胶法制备的3%(摩尔分数)Li⁺掺杂TiO₂能稍提高光催化活性外,其它Li⁺的掺杂都不同程度降低了TiO₂的光催化活性;随污染物降解率的增加,最终降解产物CO₂的含量增加.实验结果表明,Li⁺掺杂改变了催化剂表面的电荷状态从而改变了催化剂的零电位pH值是造成催化剂降解不同污染物具有不同催化活性的主要原因.     

纳米TiO2混晶的形成及其对光催化性能的影响

用溶胶-凝胶法通过改变晶型调节剂2-甲基-2,4戊二醇的添加量制备了金红石相和锐钛矿相比例不同的纳米TiO2混晶.以膨胀珍珠岩为载体,制备珍珠岩负载纳米TiO2混晶催化剂,以X射线衍射(XRD)、紫外-可见吸收光谱(UV-visiblespectrum)、BET、Raman光谱等方法对纳米TiO2混晶和负载型纳米TiO2催化剂进行表征和性能测定,研究了催化剂的混晶效应对光催化降解甲基橙催化性能的影响.结果表明:晶型调节剂的含量及制备条件对混晶中金红石和锐钛矿相TiO2的比率有较大的影响.对于负载型纳米TiO2催化剂,混晶比影响催化剂的光催化降解效率,当混晶比为6.1时光催化效率最高,这一结果对光催化剂的制备和应用都具有重要的意义.     

多孔阵列TiO2/Ti的光电催化性能

以聚苯乙烯微球(PS)阵列为模板,溶胶浸渍法制得负载于钛基的多孔阵列二氧化钛材料TiO2/Ti,用SEM和XRD分析其表面形貌和晶相组成.将此多孔材料用作电极,研究其间歇光照开路电位谱和光电流谱,催化降解甲基橙以及催化析氢反应等光电催化性能.结果表明,在光电协同作用下多孔阵列TiO2/Ti具有很高的催化活性,2.5 h内对甲基橙的降解率达到87.1%,5.0 h高达97.9%,反应表观速率常数为0.77 h-1;光照作用可以使析氢电位降低0.13 V.     

ZSM-5分子筛结晶度及晶粒大小的影响因素

以硅溶胶为硅源,偏铝酸钠为铝源,用晶种法制备ZSM-5分子筛.考察了物料混合方式、陈化时间、晶化时间、晶化温度、碱度和水量等对ZSM-5分子筛相对结晶度和晶粒大小的影响.用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和激光粒度分析等对所合成样品进行了表征.结果表明:在一定的高碱度条件下形成高浓度的硅铝酸盐凝胶,才能合成出晶化良好的样品,ZSM-5分子筛是按固相机理形成的;合成ZSM-5分子筛的相对结晶度和平均颗粒度均随晶化温度的升高及硅铝酸盐凝胶浓度的增加而增大,在室温陈化24 h、180℃晶化12～24 h时相对结晶度最高,平均颗粒度基本上与陈化时间无关.     

ZSM-5分子筛晶粒尺寸对C4烯烃催化裂解制丙烯的影响

 采用水热法合成了晶粒尺寸分别为20～30,1～2和0.2～0.3 μm的三种ZSM-5分子筛样品,并用SEM,XRD,氮低温物理吸附,NH3-TPD和TGA等技术对ZSM-5分子筛进行了表征,以考察其晶粒尺寸对C4烯烃裂解生产丙烯过程中催化剂活性和稳定性的影响. 结果表明,在常压,WHSV=10 h-1和550 ℃的条件下,以ZSM-5分子筛为催化剂,通过C4烯烃的催化裂解可以获得高收率的丙烯,反应初期丙烯的单程收率可达38%; 尽管三种晶粒尺寸的分子筛具有相近的比表面积和总酸量,但小晶粒的ZSM-5分子筛(粒径0.2～0.3 μm)具有微孔短、外比表面积大和孔口多等特点,因而表现出较强的容积炭能力和较好的稳定性; 小晶粒的ZSM-5分子筛催化剂经过10次再生重复使用,其催化生成丙烯的收率没有明显降低.     

碱金属盐对ZSM-5分子筛晶化的影响

Effect of different alkali metal salts on the crystal size and the crystallization rate of ZSM-5 zeolite was de-tailedly investigated in this paper. The samples prepared by adding the different alkali metal salts were character-ized by using XRD， TEM， TG-DSC， BET and IR techniques. The XRD results showed that， for the nanosized ZSM-5 zeolite， the characteristic peaks broadened on the XRD patterns in comparison with the microsized ZSM-5 zeolite. The SEM results verified that the crystal size of zeolites prepared by adding different alkali metal salts had different results， and adding NaCl， NaC₂H₃O₂ and KCl showed the better effect of reducing crystal size， which are about of 40～60nm size. The crystallization curve of adding the different alkali metal salts suggested that the crystallization rate was significantly affected by the anions in the alkali metal salt besides the cations. Moreover， the crystal size likewise depended on the anion in the alkali metal salt. In addition， the BET results suggested that the nanosized ZSM-5 zeolite possessed a larger outer surface area in comparison with the microsized ZSM-5 zeolite. The thermostability of the samples was determined by TG-DSC technique， indicating that the nanosized ZSM-5 zeolite had a poor thermostability as compared with the microsized ZSM-5 zeolite. The possible difference of the samples with different crystal sizes on IR spectra was also given.     

不同晶粒大小ZSM－5的合成和表征

采用水热合成法，由不同途径合成出晶粒大小不同的几种ＺＳＭ－５分子筛，这几种分子筛具有大致相同的硅铝比．采用ＮＨ３－ＴＧ－ＴＰＤ，Ｐｙｒｉｄｉｎｅ－ＩＲ－ＴＰＤ表征其酸性，用ＸＰＳ表征其外表面的硅铝比（体相的硅铝比用元素原子吸收法测定）．研究结果表明，应用导向剂可以合成出要求的晶粒大小而且粒度均匀；加晶种的合成得不到较大的晶体，粒度亦不均匀．分子筛的晶粒大小对其酸性有一定的影响，一般来讲，小晶粒分子筛的酸量多．本文中大晶粒分子筛的硅铝比基本上是不均匀的．     

ZSM—5分子筛吸附分离对二乙苯的研究

本文用动态法对二乙苯在ＺＳＭ－５分子筛上的吸附进行了研究，考察了温度，脉冲进料量，解吸剂的流速，解吸剂的性质等分离效果的影响，确定了最佳操作条件：温度为２００℃￣２３０℃，常压，以甲苯为解吸剂，解吸剂流量２５０￣３５０Ｋｇ／ｍ＾２·ｈ。对二乙苯的单程收率为６０，纯度〉９５％。     

ZSM-5分子筛吸附分离对二乙苯的研究

本文用动态法就对二乙苯在ＺＳＭ－５分子筛上的吸附进行了研究，考察了温度、脉冲进料量、解吸剂的流速、解吸剂的性质等对分离效果的影响，确定了最佳操作条件：温度为２００℃～２３０℃，常压，以甲苯为解吸剂，解吸剂流量 ２５０～３５０Ｋｇ／ｍ２·ｈ，对二乙苯的单程收率为 ６０％，纯度＞９５％。     

ZSM-5晶体内SnO_2团簇的热扩散法合成及表征

以ZSM-5晶体作为主体材料,采用热扩散方法于750和850℃在空气中分别制备了SnO2/ZSM-5主客体材料,通过一系列方法考察了该材料的化学组成、晶体形貌、晶相、光致发光等物理化学性质.采用基于密度泛函理论(DFT)的微孔吸附分析方法对该材料的孔结构进行详细研究,推断了该材料中SnO2的分布方式.结果表明:二氧化锡团簇负载到了分子筛孔道中而非分布在晶体表面,而且随着热扩散温度升高,样品中SnO2的含量增多;进入分子筛中的二氧化锡团簇主要分布在ZSM-5分子筛的微孔中;负载后的分子筛晶体在热扩散温度为750℃时保持了较好的晶体形貌而且具有较好的可见光通透性和良好的荧光发光性能,具有较大后续的器件化和功能化应用潜力.     

Temperature-programmed desorption of n-hexane from hydrated HZSM-5 and NH4ZSM-5 zeolites

Temperature-programmed desorption coupled with mass spectrometer as a detector (TPD), IR and ¹³C NMR measurements are used to study the adsorption of n-hexane on hydrated HZSM-5 and NH₄ZSM-5 zeolites. The ¹³C NMR measurements show that n-hexane can access the pore structure of ZSM-5 zeolites previously saturated with water. TPD spectra of n-hexane are monitored in the temperature region 50–300°C, in the case of fully or partially hydrated samples; two-stage desorption of n-hexane is found. Simultaneous desorption of water and n-hexane in the same temperature region are found, in all investigated samples.     

亚微米ZSM-5负载Cr催化剂上乙烷CO2气氛下脱氢制乙烯

石油资源的日趋短缺使天然气和页岩气的开发利用受到重视,因而低碳烷烃脱氢制取低碳烯烃也随之引起了人们越来越多的关注.由于乙烷纯脱氢反应的平衡收率低,能耗高,而氧气氧化脱氢又易将乙烷深度氧化为CO2或CO,因此开发具有反应条件温和、装置投资和操作费用低等优势的CO2气氛下乙烷脱氢的技术路线日益得到重视. CrOx是该反应理想的催化剂之一, CO2的加入可使CrOx对乙烷脱氢的催化活性提升3倍,然而受困于CrOx过小的比表面积,通常将CrOx制备成负载型催化剂使用. CrOx的常见载体有Al2O3, ZrO2和SiO2等氧化物及MCM-41, SBA-15, SBA-1和MSU-x等介孔硅材料, ZSM-5作为载体负载CrOx用于低碳烷烃脱氢的研究则较少,所得结果也不甚理想.我们采用亚微米尺寸的ZSM-5作为载体制备了负载型CrOx催化剂,研究了其在CO2气氛下催化乙烷脱氢反应,发现该催化剂具有非常优异的脱氢活性,高硅铝比和Na型的ZSM-5作载体对反应更加有利,而且在反应进行50 h后,催化剂依然保持很好的活性和很高的乙烯收率,这是在一般负载型CrOx催化剂上所不能实现的.
　　X射线光电子能谱(XPS)表征发现, Na型ZSM-5载体制得的催化剂具有更高的Cr6+/Cr3+比.一般认为, Cr6+是Cr系催化剂进行低碳烷烃脱氢反应时的活性位(或活性位前驱体),因此可以初步判定, Na型载体具有很好催化效果的原因可能是由它制得的催化剂具有更多的反应活性位.程序升温还原(H2-TPR)表征结果证实了这一点, Na型载体明显具有更高的H2消耗量;也就是说, Na型载体制得的催化剂具有更多的可还原Cr物种,即脱氢活性位.进一步表征发现,反应活性还与Cr物种存在形式有关.文献报道,低聚态的Cr物种和孤立态的Cr物种比Cr2O3有更好的催化活性.通过漫反射紫外-可见光谱(UV-Vis)对Cr物种的存在形态进行表征后发现, Na型载体上Cr主要以四配位形式存在,而在H型载体上出现了对应于六配位的Cr物种;激光Raman表征结果表明, Na型载体上出现的都是低聚态Cr物种和孤立态Cr物种,而H型载体上出现了明显的对应于α-Cr2O3的峰,说明相较于H型载体, Na型载体更有利于Cr组分分散,这也是Na型ZSM-5载体催化剂具有更高活性的原因之一.
　　CO2引入后对乙烷脱氢反应具有明显的促进作用,特别是在CO2/C2H6=5时,催化剂上C2H6转化率是非CO2气氛下的3.2倍;同时, CO2的引入也提高了脱氢反应的稳定性.在非CO2气氛下,反应进行6 h后, C2H6转化率降低到初活性的60%左右,而在CO2/C2H6=5时,相同时间内催化剂活性下降仅有5%左右.实验分析了CO2对脱氢反应具有促进作用的原因.在脱氢反应温度650 oC下, CO2/H2=1时进行了逆水煤气反应测试,发现CO2的转化率达到22.5%,说明引入CO2后可以通过逆水煤气反应有效地消耗掉乙烷脱氢反应生成的H2,从而促进反应向脱氢方向进行; CO2的引入也可以促进Cr物种的CrOx/CrOx-1循环,从而提高催化剂效率,减缓催化剂失活; CO2还可与反应中生成的积碳类物质发生Boudouard反应,将反应活性位暴露出来,从而提高催化剂的稳定性. CO2气氛下反应6 h后催化剂的积碳量为3.0%,低于非CO2气氛下的3.4%,同时在脱氢反应中生成的CO量与消耗掉的CO2量的比值约为1.4,也有力地说明Boudouard反应的存在.