热处理对HZSM-5结构、酸性及催化乙醇脱水反应性能的影响

对商用HZSM-5分子筛进行高温热处理,利用X射线衍射(XRD)、核磁共振波谱法(²⁷Al-MAS NMR)低温氮吸附、电感耦和等离子体放射光谱(ICP-AES)、氨-程序升温脱附(NH₃-TPD)和吡啶吸附傅里叶变换红外(FT-IR)光谱等技术对高温热处理改性前后样品进行了表征,并考察了高温热处理对分子筛的结构、酸性及催化乙醇脱水制乙烯反应性能的影响。结果表明,热处理改性后的HZSM-5分子筛发生骨架脱铝,B酸减少,L酸增多,孔容增大,出现新的介孔;适中的酸性位和复合型的介-微双孔道结构使其减少了反应中的副反应,乙烯的选择性得到提高,催化剂寿命显著提高。     

HZSM-5催化乙醇脱水停料效应的研究

在HZSM-5分子筛催化乙醇脱水反应中观察到了停料效应：即当停止乙醇-水进料一定时间,恢复进料后乙烯选择性明显提高。通过考察不同反应条件下的停料效应,发现乙醇质量分数控制在55%附近、延长停料时间、升高反应温度和降低乙醇进料空速会提高停料效应强度,并较长时间维持高乙烯选择性。500 h的催化剂稳定性测试表明,停料效应可有效延长催化剂的使用寿命。结合含水乙醇脱水反应机理和实验结果,推测HZSM-5催化乙醇脱水停料效应产生的原因是停料时乙氧基中间体的积累和催化活性空位的再生。     

改性HZSM-5催化乙醇脱水制乙烯的研究

采用离子交换法分别制备了铁、钴、镍改性的HZSM-5分子筛催化剂.在连续流动固定床微型反应装置上对催化剂进行了活性评价,结果表明镍改性的催化剂具有较好的低温活性.采用透射电镜(TEM),X射线衍射(XRD),吡啶程序升温脱附(Py-TPD),N2-吸附脱附和程序升温氧化(TPO)等手段对催化剂反应前后的物性进行了表征,结果表明催化剂的表面酸性决定其催化乙醇脱水的性能.镍改性后,降低了催化剂的强酸量、增加了弱酸量,有利于乙醇转化率和乙烯选择性的提高,镍是比较合适的改性金属.以镍改性的HZSM-5为催化剂,对乙醇脱水制乙烯反应的工艺条件进行了优化.     

金属改性P/HZSM-5分子筛催化乙醇芳构化

以P/HZSM-5分子筛为基础, 通过浸渍法制备了Cr、Co、Cu、Zn等金属改性的M-P/HZSM-5分子筛. 采用X射线衍射(XRD), 比表面积(BET)和氨气程序升温(NH₃-TPD)等方法对其进行了表征, 并考察了其催化乙醇芳构化的活性. 结果表明, 改性后的ZSM-5分子筛保持原有的骨架结构, 但比表面积降低, 酸性分布发生变化; Cu-P/HZSM-5分子筛有较高催化活性. P和Cu的负载量分别为3%和5%, 先浸渍P再浸渍Cu, 反应温度400 °C, 质量空速(WHSV)为1.0 h^-1时轻质芳烃(BTX)收率可达到57.6%.     

生物质乙醇在 Fe-HZSM-5分子筛催化剂上脱水制乙烯

乙烯是一种重要的大宗化工原料.目前国内外乙烯的生产方法主要是石脑油裂解法.但是,随着全球性石油资源供求关系日趋紧张,以及该生产过程存在较大环境污染,该工艺面临严峻挑战.生物乙醇是一种可以通过生物质发酵获得的可再生资源.因此,生物质乙醇催化脱水制乙烯工艺受到越来越多研究者关注.该技术的关键在于高性能乙醇脱水制乙烯催化剂的开发.研究发现, Si/Al比大于40的 Fe改性 ZSM-5分子筛在乙醇转换制碳氢化合物的催化反应中具有较高活性,当反应温度大于400oC时,可生成 C1-C9的烷烃、烯烃和芳香烃,其中以 C3产物和芳香烃产物为主.本文研究了 Si/Al比为25-300的 Fe离子交换 ZSM-5分子筛在乙醇脱水制乙烯反应中的催化活性,并利用 XRD, NH3-TPD,吡啶吸附 FT-IR和DRS UV-VIS等表征手段,研究了催化剂的晶相结构、表面组成及酸性位点等,进而探究了该催化反应的反应机理.我们首先考察了 Si/Al比为25-300的 HZSM-5分子筛.随着分子筛 Si/Al比增大,乙醇转化率先增加后降低,在 Si/Al比为100时获得最高值;但是乙烯收率随着 Si/Al比的增加而持续下降, Si/Al比为25时有其最高值47%.经产物分析, HZSM-5(25)和 HZSM-5(300)虽具有相似的乙醇转化率,但前者产生大量 C3+产物,而后者产物只有乙烯和乙醚.据文献报道,乙醚是乙醇脱水制乙烯的中间产物,它的进一步脱水产生乙烯,而乙烯可进一步转化生成 C3+产物.因此,由于 HZSM-5(300)表面酸性较弱,主要生成反应中间体,而 HZSM-5(25)较强的表面酸性又导致乙烯进一步转化,生成 C3+产物.然后我们考察了经过3次离子交换处理的 Fe-ZSM-5催化剂.随着 Si/Al比上升(25-300),乙醇转化率和乙烯收率下降, Si/Al比为25时为其最高值;随着反应温度上升,乙醇转化率在260oC时达到近100%,之后维持不变,乙烯收率也在260 oC时为其峰值,温度继续上升造成乙烯收率再次下降;催化剂空速增大降低乙醇转化率和乙烯收率.经产物分析,温度较低和空速较大时产生大量的反应中间体乙醚,而温度较高时导致乙烯进一步转化生成 C3+产物.在反应温度为260oC、空速为0.81 h-1时, Fe-HZSM-5(25)催化剂上乙醇转化率为98%-99%、乙烯收率为97%-99%,并可实现长达1440 h的单程使用寿命,该值是 HZSM-5(25)催化剂的20余倍,具有很好的工业应用前景.为探究 Fe-ZSM-5(25)催化剂高催化活性和长催化寿命的原因,我们表征了催化剂.从 XRD结果可以看出,离子交换没有损坏 HZSM-5的晶体结构,也没有新的可检测到的物相产生.从 NH3-TPD结果看, HZSM-5(25)的CH/CL(强酸/弱酸)比为0.7, Fe-ZSM-5(25)的CH/CL比为0.29,可知 Fe离子交换降低了分子筛的表面酸性,特别是强酸性位.从吡啶吸附 FT-IR结果看, HZSM-5(25)的 B/L (Br?nsted酸性位/Lewis酸性位)比为1.42, Fe-ZSM-5(25)的 B/L比为0.25,可知 Fe离子交换主要减少的是分子筛表面的 Br?nsted酸性位.文献报道,乙醇脱水制乙烯主要发生在弱酸性位上,而乙烯进一步转化为 C3+产物发生在强酸性位上.所以,催化剂上强酸性位的减少有利于乙烯的生成反应.另据文献报道, Br?nsted酸性位是乙烯聚合、迅速覆盖催化活性位点产生积炭的催化活性中心.因此, Br?nsted酸性的降低可认为是 Fe-HZSM-5(25)催化剂单程使用寿命长较 HZSM-5(25)分子筛显著延长的原因.从 UV-VIS结果得知, Fe-ZSM-5上的 Fe物种主要以骨架内和骨架外 Fe3+为主,此外含有少量低聚合的 FexOy,但几乎没有 Fe2O3颗粒存在.文献记载, Fe3+物种是乙烯形成的活性物种,而 FeOx催化产生乙烯和乙醛.因此,催化剂中大量骨架内和骨架外 Fe3+物种的存在也可认为是该催化剂具有较强乙醇脱水制乙烯催化活性的原因之一.     

生物乙醇催化脱水制乙烯的研究进展

阐述了利用生物质能源的重要性,介绍了生物乙醇催化脱水制乙烯的发展现状,特别是其催化剂的研究状况。针对乙醇脱水制乙烯催化剂存在的问题,提出当前催化剂的发展趋势。     

Mg助剂对Co/Mg/HZSM-5催化剂结构及其催化甲烷部分氧化制合成气性能的影响

采用XRD、TEM、H2-TPR、Raman、XPS和活性评价等方法, 研究了Mg助剂对Co/Mg/HZSM-5催化剂物理化学性质和甲烷部分氧化(POM)制合成气反应性能的影响. 研究发现, 在Co/HZSM-5催化剂中添加Mg助剂, 可有效地提高催化剂的催化活性和稳定性. 在750 ℃和空速1.0×10⁵ mL·h^-1·g^-1反应条件下, Co/Mg/HZSM-5在连续反应30 h的实验时间内催化活性稳定不变, 而Co/HZSM-5因其活性中心Co0转化生成CoAl2O4非活性相, 反应10 h后即迅速失活. 催化剂表征结果表明, 在Co/Mg/HZSM-5催化剂中钴物种除以Co3O4存在外, 一部分钴物种还与Mg助剂发生强相互作用生成较难还原的MgCo2O4, 由此导致还原后钴金属的分散度较高. 关联催化剂表征和活性评价结果, 讨论了催化剂结构与性能之间的关系.     

NH4F改性Mo/HZSM-5催化剂上的甲烷无氧芳构化反应:预处理温度影响的进一步研究

 进一步研究了HZSM-5分子筛的NH4F预处理温度对制得的Mo/HZSM-5催化剂的影响. X射线衍射和魔角旋转固体核磁共振(27Al MAS NMR)的表征结果表明, NH4F预处理后的HZSM-5分子筛上发生了部分脱铝,在 27Al MAS NMR谱中δ=-12.7 处出现了宽化峰,可归属为AlO6-xFx的特征峰. Mo/HZSM-5样品的NH3程序升温脱附与 27Al MAS NMR结果均表明, MoO3与经NH4F预处理的HZSM-5的相互作用增强,而且该作用随NH4F预处理温度的升高而加大. 经NH4F预处理的Mo/HZSM-5催化剂显示出良好的抗积碳性能,这不仅与载体B酸量的减少有关,而且与催化剂上MoCx/MoCxOy与载体B酸量的匹配有关.     

Ni/HZSM-5催化剂的结构及其催化山梨醇水相加氢合成烷烃性能

采用浸渍法制备了Ni/HZSM-5双功能催化剂,考察了焙烧温度对催化剂结构及其催化山梨醇水相加氢合成C5～C6烷烃性能的影响.结果表明,在金属中心和酸性载体的协同作用下,通过山梨醇中C-O键加氢和异构化高选择性合成了C5～C6烷烃.经500°C焙烧的Ni/HZSM-5催化剂上山梨醇水相加氢的活性最高,山梨醇转化率为62.0%,戊烷和己烷的总选择性为76.4%,其中异己烷选择性达45.4%.对催化剂进行N2物理吸附、X射线衍射、NH3程序升温脱附和H2程序升温还原等表征后发现,经500°C焙烧催化剂的有效比表面积和孔体积均明显增大,HZSM-5负载的硝酸镍分解成较小晶粒的NiO,表面酸量适中,且Ni物种与载体相互作用较强,较易被H2还原,Ni还原度达100%.这是其催化活性最高的原因.     

改性HZSM-5催化剂上苯与乙醇烷基化反应的研究

采用离子交换方法,用硫酸铁、硝酸镍、硫酸钛对HZSM-5分子筛进行改性,得到三种不同金属改性的催化剂;通过XRD、ICP、BET、NH3-TPD、Py-IR对催化剂进行了表征,并在连续流动固定床反应装置上进行了活性评价。相同方法改性后钛的负载量最大,酸性变化不大;铁负载量次之,弱酸和中强酸量增加;镍的负载量最少,酸强度降低最多,孔径最小。反应评价结果表明,改性后的催化剂同未改性的相比苯的转化率增加,乙苯选择性略有降低,乙苯产率增加,其中铁、钛改性后的分子筛乙醇利用率增加。综合考虑,铁和钛是比较合适的改性元素。     

Effects of P content in a P/HZSM-5 catalyst on the conversion of ethanol to hydrocarbons

A series of P/HZSM-5 catalysts prepared by impregnation method were used for ethanol conversion to lower olefins. The catalysts were characterized by X-ray diffraction (XRD), NH3-temperature-programmed desorption (NH3-TPD) and N2 adsorption-desorption measurements. It was found that the P/HZSM-5 catalysts showed high activity and selectivity toward light olefins. The selectivities of propylene and butylene can be improved with the introduction of phosphorus (P). When the content of P reached 3.0 wt%, more than 18.9% propylene in the gaseous products was obtained over the P/HZSM-5 catalyst at 450 ?C. The introduction of P modified the strong Br?nsted acid sites of the original HZSM-5 catalysts and P/HZSM-5 catalysts could resist coke formation and showed good stability.     

分子筛硅铝比及晶粒粒径对 Cu-ZnO-Al2O3/HZSM-5催化剂直接合成二甲醚反应性能的影响

采用水热晶化法合成了硅铝比(SiO₂/Al₂O₃)为60、120、200和晶粒粒径分别为1.00和0.25 μm的HZSM-5分子筛,并以其为甲醇脱水活性组分与铜基甲醇合成活性组分(Cu-ZnO-Al₂O₃)组成双功能催化剂(Cu-ZnO-Al₂O₃/HZSM-5),在连续流动加压固定床反应器上考察了Cu-ZnO-Al₂O₃/HZSM-5对合成气直接制二甲醚反应的催化性能。结果表明,随着分子筛硅铝比的提高,二氧化碳副产物的生成量逐渐减少,从而使目的产物二甲醚的选择性逐渐增大。与常规分子筛相比,小晶粒分子筛的反应活性接近,但二氧化碳和烃类副产物的选择性较低。     

MgO改性HZSM-5型分子筛对合成LPG的影响

以Mg(NO3)2.6H2O乙醇溶液等体积浸渍分子筛HZSM-5进行改性,与自制的甲醇催化剂(MeLi)机械混合制得合成液化石油气(LPG)双功能催化剂。通过NH3-TPD对改性HZSM-5分子筛酸性表征,在固定床单管反应器上,研究MgO在催化剂中含量对一步法合成LPG的影响,并对催化剂进行寿命实验。结果表明,随着MgO在催化剂中含量的升高,HZSM-5的强酸强度随之降低;MgO在HZSM-5中质量分数在0.25%~1.00%时,催化剂的效果最佳。改性HZSM-5作为脱水催化剂,可提高目标产物的含量,同时大幅度提升催化剂的寿命及稳定性。     

Effect of acid density of HZSM-5 on the oligomerization of ethylene in FCC dry gas

The oligomerization of ethylene in FCC dry gas over HZSM-5 catalyst with different Si/Al2 ratios was studied. The effect of acid density of catalyst on the oligomerization of ethylene was discussed. By increasing the acid density of catalyst, ethylene conversion showed a linear increase, while the yields of olefins decreased when the acid density of catalyst exceeded 0.14 mmolNH3/g owing to a promotion of hydrogen transfer reaction. Through comparing the average distance between acid sites on catalyst with kinetic diameters of olefins, it was found that the dimerization of ethylene was not restrained by the sparse distribution of acid sites, while the hydrogen transfer reaction of C3 and C4 olefins was limited. On these bases, a conclusion is proposed that the dimerization of ethylene proceeded via Eley-Rideal mechanism, while the hydrogen transfer reaction of C3 and C4 olefins followed the Langmuir-Hinshelwood mechanism.     

镁改性HZSM-5对Cu-ZnO-Al2O3/HZSM-5催化合成气直接制二甲醚反应的影响

 采用浸渍法制备了一系列MgO改性的HZSM-5分子筛,并以MgO/HZSM-5为甲醇脱水催化剂与Cu-ZnO-Al2O3甲醇合成催化剂组成双功能催化剂,在连续流动加压固定床反应器上考察了其对合成气直接制二甲醚反应的催化性能. 结果表明,以适量MgO改性的HZSM-5分子筛组成的双功能催化剂上,二甲醚选择性可高达64.8%,CO2和烃类副产物的选择性分别为30.2%和0.4%; 由未改性的HZSM-5分子筛组成的双功能催化剂上,二甲醚选择性仅为49.1%,CO2和烃类副产物的选择性则分别高达37.1%和9.3%. 当MgO含量过高时,则CO转化率和二甲醚选择性均降低. 根据实验结果,提出了甲醇在MgO/HZSM-5上脱水的反应机理.     

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%。     

Effect of dispersion and distribution of tungsten on W/HZSM-5 for selective catalytic reduction of NO by acetylene

Catalytic performance of W/HZSM-5 in selective catalytic reduction of NO by acetylene was investigated in a reaction system with 1600 ppm of NO, 800 ppm of C2H2, and 9.95% of O2 in He. It was found that promotional effect of tungsten on the reaction is strongly affected by catalyst preparation conditions and Si/Al ratio of the parent zeolite. A better dispersion of tungsten on HZSM-5 and relatively more monomeric tungsten species were found on 8%W/HZSM-5 prepared by impregnation of the zeolite with lower SiO2/A1203 ratio （25） in ammonic ammonium tungstate solution and calcination of the resulting material at higher temperature （550 ℃）. The highest NO conversion to N2 of 86.3% in the reaction system was obtained at 350 ℃ over the catalyst thus prepared. The mechanism of monomeric tungsten species improving the C2H2-SCR can be attributed to accelerating the formation of active nitrate species.