烃类在ZSM-5分子筛上吸附的研究

本文对烃类在不同ZSM-5分子筛上吸—脱附的动态行为进行了研究。描述了程序升温脱附过程中扩散系数和扩散活化能的计算模型;测定了环己烷在ZSM-5分子筛样品上的迎头流出曲线。发现环己烷在ZSM-5分子筛上的吸附存在着可逆和不可逆两个过程,后者受环己烷在分子筛内部孔道的扩散所制约,同时不同样品上吸附性能的差异与X-射线衍射峰的特征以及甲醇转化为汽油的反应性能之间存在着密切关系。谱图属A 型的ZSM-5分子筛对环己烷有较大的吸附量、较小的孔道扩散障碍和较好的甲醇转化反应稳定性。     

HZSM-5分子筛上甲醇制烯烃典型产物的传质行为研究

分子筛催化甲醇制烯烃反应(MTO)是典型的扩散主导反应过程,运用频率响应技术系统研究了几种典型产物分子(乙烯/乙烷、丙烯/丙烷、苯)在HZSM-5分子筛上的扩散行为。结果表明,频率响应法成功辨析了不同产物分子的传质规律,证实C2和C3烃分子在HZSM-5微孔孔道内具有相近的扩散速率,但由于受晶体表面阻碍效应影响不同,乙烷分子可自由进出HZSM-5分子筛孔道,而丙烷分子则受到较显著的微孔孔道扩散限制。另外,苯分子的扩散速率显著小于C2和C3分子,且苯分子受晶体表面阻抗效应的影响较小。本研究结果可用于解释HZSM-5分子筛在MTO反应中产物选择性的特点及表面结焦原因,进而从传质角度为高活性、选择性以及稳定性的高效甲醇转化制烃催化剂的定向开发提供理论指导。     

二甲苯在ZSM-5分子筛中的吸附与扩散

本文在298K-493K温度范围内,测定了二甲苯在ZSM-5分子筛中的吸附等温线和扩散系数。间二甲苯在HZSM-5分子筛中的吸附是需要较高活化能而为扩散控制的物理吸附,只有在较高温度下(>393K),才能进入分子筛的敛孔,其扩散系数比对二甲苯小三个数量级。对、间二甲苯在HZSM-5分子筛中的吸附量随温度升高而渐趋接近。但HZSM-5经镁改性后,间二甲苯吸附量大幅度下降,而对二甲苯吸附量变化不大,说明孔道结构因素对提高烷基苯转化的对位选择性起着相当重要的作用。增大分子筛的晶粒尺寸,二甲苯的扩散系数变化不大,表明大晶粒ZSM-5之所以能提高对位选择性,原因在于扩散路线的增长导致扩散较慢的间二甲苯异构化为扩散较快的对二甲苯。     

特殊形貌类雪花状ZSM-5分子筛的合成、表征及甲醇制烯烃催化性能(英文)

美国Mobil公司于1972年首先开发的ZSM-5分子筛是一种高硅三维交叉孔道的沸石分子筛,其孔道结构具有良好的择形作用,因此被广泛应用于芳构化、异构化、烷基化和催化裂化等工业催化过程.ZSM-5分子筛的催化性能与其晶粒尺寸、酸性及形貌等密切相关.改变合成方法和制备参数可以合成出不同形貌的ZSM-5分子筛,但目前关于ZSM-5分子筛形貌对其物理化学性质和催化性能的影响报道较少.本文通过改变模板剂类型,采用水热合成法,制备出了类雪花状、椭圆柱状和夹心糖状三种不同形貌的ZSM-5分子筛.通过X射线荧光光谱(XRF)、N_2物理吸脱附(BET)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、固体核磁共振(MAS NMR)、NH_3程序升温脱附(NH_3-TPD)及吸附吡啶的红外光谱(Py-IR)等手段对不同形貌分子筛的物理化学性质、形貌、晶体骨架结构和酸性进行了表征.采用浸渍法制备了Ca/HZSM-5催化剂,以甲醇制烯烃(MTO)为探针反应、着重研究了ZSM-5分子筛形貌和晶体结构特性对其酸性和催化性能的影响.合成的三种不同形貌的ZSM-5分子筛具有相近的SiO_2/Al_2O_3比和比表面积.XRD结果表明,通过改变模板剂类型,可制得结晶度较好的ZSM-5分子筛,其中类雪花状分子筛的(101)晶面比例明显多于其它两种分子筛,而椭圆柱状分子筛则暴露更多的(020)晶面.~(27)Al MAS NMR结果表明,绝大部分Al都以四配位形式存在于三种分子筛骨架中,而类雪花状分子筛的峰强度较低,这是由于Al的配位环境不同(偶极作用弱),说明在类雪花状分子筛的交叉晶面中存在大量扭曲、错位和不对称结构;与其它两种分子筛相比,类雪花状分子筛的~(29)Si MAS NMR谱峰宽化、进一步证明该分子筛骨架结构中存在扭曲、错位和不对称性.NH_3-TPD结果表明,类雪花状HZSM-5分子筛的酸量明显高于其它两种分子筛,在SiO_2/Al_2O_3比相近的情况下、类雪花状HZSM-5分子筛晶体骨架结构的错位、扭曲和不对称性造成了该分子筛中酸量增加;但Py-IR结果表明,类雪花状HZSM-5分子筛的酸量低于其它两种分子筛,这与NH_3-TPD结果有差异,主要是由于类雪花状分子筛几何空间结构和晶界处的扭曲、错位对孔道结构的影响,不利于比NH_3分子大的吡啶分子的扩散,进而影响了吡啶分子在酸性位上的吸附.三种不同形貌的ZSM-5分子筛经Ca改性后比表面积和微孔比表面积均明显下降,其中类雪花状和椭圆柱状催化剂的微孔比表面积下降幅度较大,外比表面积下降幅度较小.这是因为各分子筛的晶体结构和晶面的取向差异,导致Ca离子在分子筛上的扩散行为不同.同时,经Ca改性后,三个催化剂的总酸量均有下降,尤其是类雪花状分子筛酸量下降较为明显,表明其中Ca离子更容易扩散到分子筛孔道内,与更多的酸性位作用,而夹心糖状分子筛表面具有更多的Z字形孔道,不利于Ca离子扩散到分子筛孔道内,因而酸量下降较少.Py-IR结果表明,Ca改性后催化剂的总酸量下降,尤其是B酸明显降低,L酸略有增加,其中类雪花状ZSM-5分子筛催化剂的B酸量最低.甲醇制烯烃反应评价结果表明,随着反应温度升高,三个催化剂的总烯选择性和丙烯选择性均呈先升高后降低的趋势.类雪花状ZSM-5分子筛催化剂在甲醇转化率相近时具有最高的烯烃选择性,在反应温度为460℃时,总烯烃选择性为72%,丙烯选择性达39%.     

分子筛性质对Mo／HZSM－5催化剂上甲烷无氧脱氢芳构化反应的影响

 通过改变合成条件与合成体系，考察了不同硅源合成的HZSM－5分子筛对Mo／HZSM－5催化剂上甲烷无氧脱氢芳构化反应性能的影响．结果表明，用水玻璃合成的HZSM－5分子筛负载Mo后，其催化性能优于用硅溶胶合成的分子筛．1HMASNMR测定结果表明，前者的Br¨onsted酸 浓度较后者大．通过改变合成条件，减小HZSM－5分子筛的粒度，可以提高催化剂在甲烷无氧脱氢芳构化反应中的稳定性．     

环已胺在沸石分子筛上的吸脱附行为研究

本文以程序升温脱附(TPD)为主要实验手段,对环己胺在5种不同沸石分子筛上的吸脱附行为进行了研究。结果表明,沸石分子筛对环己胺有着较强的吸附作用,不同的沸石分子筛对环己胺的吸附能力受其结构和表面酸性特征的影响而异。有效吸附部位为与沸石分子筛表面酸性有关的弱化学吸附位;环己胺从不同沸石分子筛表面脱附的动力学与晶内扩散有关,其表观脱附活化能分别为:63.6kJ/mol(5A),68.6kJ/mol(13X),20.1kJ/mol(菱沸石),46.9kJ/mol(NaY)和47.3KJ/mol(ZSM-5)。     

ZSM-5沸石选择性催化作用的研究III.对二甲苯选择性的量子化学处理

本文用EHMO法研究了ZSM-5分子筛及其经MgO改性后催化甲苯和甲醇反应生成对二甲苯的选择性问题。讨论了分子筛对甲苯的作用,计算采用分子筛的窗口模型,分别考虑了甲苯分子头部到尾部不同部位与窗口的相互作用。计算结果表明,甲苯分子头部进入分子筛窗口时,对位碳原子的电荷密度增加很多,有利于对二甲苯选择性的提高。然后考察了经MgO改性后对于对二甲苯选择性的影响。计算结果表明,经MgO改性后的分子筛使甲苯分子对位碳原子的电荷密度变得更大,这大大有利于对二甲苯选择性的提高,与实验结果完全一致。     

十氢萘在分子筛催化剂上的开环反应研究

在小型固定流化床(FFB)装置中研究了Y分子筛与ZSM-5分子筛催化剂上的十氢萘裂化开环反应性能,考察了温度和剂油比对Y分子筛开环反应催化性能的影响。结果表明,十氢萘在分子筛催化剂上通过环烷环开环反应生成丙烷、丙烯、丁烷、丁烯、甲基戊烷和环戊烷、环己烷等非芳烃以及苯、C_1~4烷基取代苯等单环芳烃,并通过脱氢缩合反应生成四氢萘、萘、甲基萘和菲、芘等多环芳烃甚至焦炭等。由于扩散和吸附性能的影响,ZSM-5分子筛催化剂的裂化开环反应选择性比Y分子筛催化剂的高,因此,十氢萘环烷环开环与脱氢缩合反应的相对比例(NRO/DHC)在ZSM-5分子筛催化剂上较高。在Y分子筛催化剂上,温度为450~550 ℃、剂油比为3~9,反应温度升高或者剂油比增加,双分子氢转移以及脱氢缩合反应增强,从而导致环烷环开环产物选择性降低。     

不同结构扩孔分子筛催化MTP反应行为及表面积炭物种表征

采用TEAOH溶液处理MFI结构ZSM-5分子筛、MWW结构MCM-22分子筛,NaOH溶液处理TON结构ZSM-22分子筛、CHA结构SSZ-13分子筛得到四种结构的扩孔分子筛。在反应温度480℃、反应压力0.1 MPa、甲醇与水质量比1∶1、甲醇质量空速1.5 h~(-1)的条件下,考察了四种扩孔分子筛的甲醇制丙烯(MTP)催化性能,并采用XRD、N_2吸附-脱附、NH_3-TPD、TG、UV-Raman和GC-M S等方法表征催化剂的物化性质及M TP反应2 h后的分子筛积炭性质。结果表明,四种分子筛扩孔改性后均出现介孔,其中,T-ZSM-5分子筛在MTP反应中寿命最长;T-MCM-22分子筛寿命次之且失活速率慢;而一维孔道结构N-ZSM-22分子筛和八元环尺寸较小的N-SSZ-13分子筛均失活迅速。受拓扑结构和孔道扩散的影响,MTP反应2 h后,分子筛积炭量增加的顺序为T-ZSM-5N-ZSM-22T-MCM-22N-SSZ-13且可溶焦分子质量随积炭量增加而增重,即从五甲基苯增重到菲、芘等多环芳烃。     

在沸石催化剂上甲苯-甲醇体系烷基化反应的选择性

用NH_3和CO_2的TPD方法观察了化学改性对分子筛催化剂表面酸碱性的影响,并定量讨论了甲苯烷基化反应选择性与酸碱度的关系。结果表明苯环上的反应发生在表面酸度较高而碱度极低的催化剂上,甲苯侧链上的烷基化反应发生在具有足够碱度的催化剂上,而且这些催化剂都还带有较弱的酸度以帮助吸附和稳定苯环分子。表面酸碱度均很低的分子筛上既不能发生苯环烷基化反应,也不能发生侧链上的烷基化反应。还以邻二甲苯的吸附速率的定量数据考察了分子筛孔道结构对反应选择性的影响。     

甲醇催化转化制丙烯中HZSM-5分子筛的尺寸效应

甲醇催化制丙烯(MTP)是一个具有重要工业应用的研究课题, 目前普遍采用的催化剂是HZSM-5 分子筛. 通过调节分子筛合成原料的配比、晶化温度和晶化时间等参数, 对所制备的不同晶粒尺寸的HZSM-5 分子筛, 综合利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、N₂吸附和氨气程序升温脱附(NH₃-TPD)等手段表征了其晶格结构、表观形貌、孔结构以及酸性质. 利用固定床反应装置对HZSM-5 分子筛甲醇催化制丙烯的活性和稳定性进行了评价, 并采用热重(TG)分析技术对催化剂的积炭性能进行了考察. 实验结果表明, HZSM-5 分子筛粒度的减小可以增加分子筛比表面积、孔体积, 同时有更多开放的孔口及短的孔道长度, 有利于反应物分子的吸附和传质,并降低了产物分子在孔道中的扩散距离及发生二次反应的几率, 提高了催化剂的抗积炭能力和容炭能力以及稳定性; 而且所合成的小尺寸分子筛单位质量的总酸量及强酸量均有不同程度的下降, 有利于提高目标产物丙烯的选择性.     

在HZSM-5分子筛催化剂上苯-乙烯烷基化合成乙苯动力学的研究

近年来,有不少关于各种沸石分子筛上苯—乙烯烷基化反应的研究报道,但动力学的研究报道不多。Becker等研究了在氢型丝光沸石上乙苯合成动力学,得到速率方程r=kP_(苯~(0.6))P_(乙烯~(0.6))。我们以本研究室制备的HZSM-5型分子筛作为催化剂进行了苯—乙烯烷基化反应动力学的研究。为有效地排除扩散影响并使催化剂上各点浓度与温度均匀,直接准确测定反应速率,实验系在磁驱动的内循环无梯度反应器中进行,得到了速率方程及动力学参数。     

环己烯水合制备环己醇的研究Ⅰ. 分子筛结构及晶粒大小的影响

考察了三种不同结构的分子筛(ZSM-5,MCM-22及β)以及不同晶粒大小的ZSM-5分子筛对环己烯水合反应的催化活性. 结果表明,具有12元环孔道体系的β分子筛对环己烯的转化率(9.6%)最高,但对环己醇的选择性(35.4%)最差. MCM-22分子筛的活性很低,其环己烯转化率只有0.8%. 而孔口为10元环结构的ZSM-5分子筛则具有较高的活性(环己烯转化率7.5%)和产物选择性(99.2%),因此是较好的水合催化剂. ZSM-5分子筛的晶粒大小对其环己烯水合反应活性有明显的影响,分子筛晶粒越细,则水合反应活性越高,其原因在于晶粒变细增大了分子筛的外比表面积,从而增加了接近孔口处的活性中心的数量.     

基于特征选择的决策树方法在磷酸铝AlPO4-5定向合成中的应用

分子筛类开放骨架材料的合成与结构关系研究对实现这类材料的定向合成起着至关重要的作用. 本文在建立开放骨架磷酸铝合成反应数据库的基础上, 提出了利用基于特征选择的决策树(C5.0)方法, 考察了不同反应条件(即各反应特征参数)对磷酸铝分子筛AlPO4-5生成的影响. 基于决策树模型, 利用8个反应特征参数,可以有效预测磷酸铝分子筛AlPO4-5的生成, 准确率达到88.18%, 接收者操作特性(ROC)曲线下面积(AUC)达到90%. 研究结果表明, 在众多的反应特征参数中, 有机模板剂的几何尺寸参数, 特别是模板剂的次长距离, 是影响AlPO4-5分子筛合成的重要因素.     

中孔分子筛上择形烷基化反应的研究——Ⅰ.反应条件对甲苯甲醇择形烷基化反应的影响

早期的研究表明沸石催化剂能有效地促进烷基化反应,自中孔ZSM-5沸石分子筛问世以来,不少文献报导了用改性的ZSM-5分子筛做健化剂可使反应产物中对二甲苯选择性大大提高。而未改性的HZSM-5催化剂则一般不具有对位选择性。 SAPO-11分子筛是联合碳化物公司于1984年推出的一种新型的磷酸铝分子筛,它的催化性能和物化性质引起人们的普遍关注。     

H-ZSM-5分子筛形貌对ZnCr2O4/H-ZSM-5双功能催化剂合成气制芳烃催化性能的影响

采用水热法,通过改变合成条件选择性制备出具有球状堆积、薄片状、中空和海绵条状结构的四种不同形貌的HZSM-5分子筛,并采用XRD、SEM、Py-FTIR、NH_3-TPD、ICP和N_2物理吸附等手段对其结构性质进行了表征。将具有尖晶石结构的ZnCr_2O_4复合氧化物与不同形貌的H-ZSM-5分子筛组成ZnCr_2O_4/H-ZSM-5双功能催化剂,应用于合成气直接制芳烃(STA)的反应过程,研究了H-ZSM-5分子筛形貌对该双功能催化剂STA性能的影响。结果表明,H-ZSM-5分子筛形貌对ZnCr_2O_4/H-ZSM-5的合成气制芳烃催化性能具有重要影响;不同形貌H-ZSM-5分子筛的芳烃选择性由高到低顺序依次为球状堆积海绵条状中空结构薄片状结构。其中,ZnCr_2O_4氧化物与具有球状堆积结构的H-ZSM-5分子筛组成的ZnCr_2O_4/H-ZSM-5(sphere)双功能催化剂在STA反应过程中表现出最佳的催化性能:在350℃和3.0 M Pa条件下,CO转化率为12.6%,芳烃选择性高达68.8%,而甲烷、C_(2-4)~0烷烃和CO_2选择性分别降低至1.3%、14.3%和41.4%。这是由于球状堆积HZSM-5分子筛粒径适中(约350 nm),孔道长度适宜,适合芳烃产物的扩散但又能避免低碳烃类过早扩散出酸性分子筛孔道,从而有利于合成气转化中间产物的芳构化,提高芳烃产物的选择性。     

有机硅骨架修饰的磷酸铝分子筛VPI-5的合成

分别以1,2-双(三乙氧基硅基)乙烷(BTESE)、1,2-双(三乙氧基硅基)乙烯(BTESEE)和苯基三乙氧基硅烷(PTES)为硅源, 通过一步法直接合成有机硅骨架修饰的磷酸铝分子筛VPI-5. 系统考察了各反应参数对产物结构与性质的影响, 并对产物的结构进行了表征. 表征结果表明, 有机基团通过硅原子被引入到分子筛骨架中. 有机基团的引入增加了分子筛的亲油性, 并且不同的有机基团对分子筛的亲油性的提高程度不同.     

对《原子吸收光度分析用新型氧化亚氮发生器》的改进

编辑同志: 我们所写《原子吸收光度分析用新型氧化亚氮发生器》(本刊第4卷第5期)一文,在控制发生瓶内酸度时曾忽略了所加催化剂对酸度的影响,我们经长期观察,发现这个影响不能忽略。对硝酸铵硝酸溶液的酸度应按以下方法更改。先测定硝酸钱(在冷凝液中)饱和溶液的酸度(受室温影响,变化在5℃以内不用另测)。吸出此溶液的澄清液,加入计算量的浓硝酸使溶液酸     

表面强酸分布——影响HZSM-5沸石对位选择性的主要因素

考察了交换剂和改性处理对HZSM-5沸石在甲苯乙基化反应中对位选择性的影响,检测了反应初级产物的组成,用原位TPD法研究了沸石表面酸中心的催化性质。结果表明,孔径和酸性分布都是影响沸石对位选择性的重要因素,但是表面酸性的调变对提高HZSM-5沸石的对位选择性更为重要。对-甲乙苯是甲苯乙基化反应的初级产物,在表面异构化反应后生成间-甲乙苯。烷基化和异构化两种反应活性中心在酸强度上的差异很小,仅仅是所处位置不同。由于改性处理同时抑制了这两类活性中心,使HZSM-5沸石在甲苯乙基化反应中的对位选择性上升而活性下降,表现出反向变化关系。     

3,5-二甲基苯溴化镁修饰的ZSM-5催化剂乙苯歧化反应（英文）

采用尺寸较大的有机分子格式试剂(3,5-二甲基苯溴化镁)修饰ZSM-5催化剂,用乙苯歧化反应研究了修饰催化剂的择形性,并利用探针分子动力学扩散测试结合探针分子吸附红外等手段研究分子筛孔径和内外表面酸性性质等。结果表明,少量的3,5-二甲基苯溴化镁精确地中和了ZSM-5分子筛外表面的酸性中心,导致乙苯歧化反应中极高的对二乙苯选择性。而探针分子动力学结果表明,这种修饰并未引起分子筛孔道结构的变化。