不同硅铝比ZSM-5分子筛作为助催化剂在渣油裂化中的应用（英文）

采用不同方法表征了硅铝比(Si O2/Al2O3)为33、266和487的质子型ZSM-5分子筛,并研究了ZSM-5分子筛作为助催化剂在渣油裂解中的应用.与USY分子筛基催化剂混合后,在固定流化床上,评价了ZSM-5分子筛助催化剂的催化裂化性能.研究发现,提高ZSM-5分子筛硅铝比,可以有效抑制混合催化剂对汽油烯烃的裂解,从而避免了汽油烷烃的大量损失.加入ZSM-5助催化剂后,伴随着液化气(LPG)产率的增加,异丁烷和异戊烷产率增加,这可能是由USY基催化剂和ZSM-5助催化剂的综合效应引起的.汽油烷烃和芳烃含量的变化,引起了汽油辛烷值的增加.高硅铝比ZSM-5分子筛(硅铝比为266和487)不仅可以显著改善汽油的辛烷值,而且有效避免了汽油的大量损失.催化汽油辛烷值的改善主要是由于高硅铝比ZSM-5分子筛具有适宜的芳构化和异构化活性,这些变化主要源于高硅铝比ZSM-5分子筛小的孔道直径和适宜的酸性.     

^29Si（^27Al）MAS NMR考察镧离子在LaDAlY型沸石中的作用

用~(29)Si(~(27)Al)MAS NMR和辅加乙酰丙酮(acac)处理样品的静态~(27)Al NMR研究了镧离子对脱铝Y型沸石(DAIY)骨架硅、铝和非骨架铝(EFAL)的影响.结果表明,~(29)Si MAS谱的化学位移及其形状不仅取决于连接[SiO_4]四面体的[AlO]-四面体数目,而且还与引入镧离子的量有关.镧离子的引入导致~(27)Al MAS谱的明显宽化和不对称形变.另外,还讨论了镧离子对非骨架铝的影响.     

低硅铝比ZSM-5分子筛上C4烃的催化裂解反应

以低硅铝比(n(SiO2)/n(Al2O3)=20-45)的ZSM-5分子筛为催化剂, 研究了混合C4烃的催化裂解反应, 并对不同硅铝比的ZSM-5分子筛进行了酸性表征. 混合C4烃的催化裂解反应结果表明, 低硅铝比的ZSM-5分子筛具有较高的低温催化活性, 高硅铝比ZSM-5分子筛催化剂上乙烯和丙烯的收率高于低硅铝比ZSM-5分子筛催化剂, 低硅铝比ZSM-5分子筛上苯和甲苯的收率高于高硅铝比ZSM-5分子筛催化剂. 在反应温度为625 ℃时, 硅铝比为20的ZSM-5分子筛催化剂上乙烯、丙烯、苯和甲苯的总收率可达79.42%. 酸性表征结果表明, 硅铝比低的ZSM-5分子筛具有更多的Bronsted(B)酸酸量、Lewis(L)酸酸量及总酸酸量, 这是低硅铝比ZSM-5分子筛具有低温高活性及高的苯和甲苯收率的原因.     

低硅铝比ZSM-5分子筛上C4烃的催化裂解反应

以低硅铝比(n(SiO2)/n(Al2O2)=20-45)的ZSM-5分子筛为催化剂,研究了混合C4烃的催化裂解反应,并对不同硅铝比的ZSM-5分子筛进行了酸性表征.混合C4烃的催化裂解反应结果表明,低硅铝比的ZSM-5分子筛具有较高的低温催化活性,高硅铝比ZSM-5分子筛催化剂上乙烯和丙烯的收率高于低硅铝比ZSM-5分子筛催化剂,低硅铝比ZSM-5分子筛上苯和甲苯的收率高于高硅铝比ZSM-5分子筛催化剂.在反应温度为625℃时,硅铝比为20的ZSM-5分子筛催化剂上乙烯、丙烯、苯和甲苯的总收率可达79.42%.酸性表征结果表明,硅铝比低的ZSM-5分子筛具有更多的Bronsted(B)酸酸量、Lewis(L)酸酸量及总酸酸量,这是低硅铝比ZSM-5分子筛具有低温高活性及高的苯和甲苯收率的原因.     

蒸汽辅助结晶法合成多级孔整体型ZSM-5分子筛（英文）

多级孔分子筛由于其高的比表面积、良好的传质性能和可调控的孔径等特性,引起了广大科研工作者的研究兴趣.近年来,通过选择性脱除骨架硅或铝,成功合成了多级孔沸石分子筛材料.但是由于骨架原子的脱除使分子筛的结晶度降低,进而使其催化效率降低.通过硬模板法(如炭黑、介孔硅球、气凝胶等),也用于合成多级孔沸石分子筛.然而,这种方法制备过程较为复杂,且成本较高.因此,亟需发展新的多级孔分子筛的制备方法.此外,在工业应用中,沸石分子筛催化剂通常需要做成整体柱状或片形以消除固定床反应器的床层压降.合成整体型沸石分子筛的传统方法是在沸石分子筛成型过程中添加SiO_2和Al_2O_3等无机粘结剂.虽然该方法简单易行,但沸石分子筛的孔道结构容易被破坏,而且无机粘结剂的存在使分子筛活性中心的密度减少.为了解决这些问题,合成整体型多级孔沸石分子筛,不仅具有较强的机械稳定性,适应于工业,而且其多级孔道有利于分子的扩散,从而具有较高的催化活性.针对上述问题,我们以海绵作为模板,通过蒸汽辅助结晶(steam-assisted crystallization,SAC)方法,制备具有多级孔道的整体型ZSM-5分子筛.通过X射线衍射(XRD)、氮吸附脱附、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、固态核磁共振和氨气的程序升温脱附(NH3-TPD)等手段对分子筛进行了结构与性质表征.XRD和固态核磁共振的结果表明,成功合成了不同Si/Al的ZSM-5分子筛.SEM和TEM结果进一步确定了合成的整体型多级孔ZSM-5分子筛(记作M-ZSM-n,n代表Si/Al的摩尔比),由于分子筛颗粒的堆积形成的介孔,海绵模板提供的固体骨架形成的大孔,分子筛本身的微孔,共同构成了微孔-介孔-大孔的整体型ZSM-5分子筛.透射电子显微镜上配备的X射线能谱仪(EDS)结果表明,分子筛中的Si和Al元素能够均匀的分布.氮吸附脱附证明所得整体型分子筛具有明显的介孔结构.NH3-TPD结果表明,不同Si/Al的整体型多级孔ZSM-5分子筛具有不同强度的酸性,其酸性强度:ZSM-5(60)M-ZSM-90M-ZSM-40M-ZSM-60.苯甲醇和己酸的液相反应进一步验证了这一结论,而且合成的整体型多级孔ZSM-5分子筛比传统的ZSM-5分子筛(记作ZSM-5(60))表现出更优异的催化活性.     

ZSM-5分子筛的合成及其在丁烯催化裂解反应中的应用

采用水热合成法制备了无模板剂ZSM-5分子筛并用正硅酸甲酯(TMOS)对其进行外表面修饰改性,利用XRD、SEM、~(29)Si MAS NMR、~(27)Al MAS NMR、NH_3-TPD、BET和UV-vis DRS对合成分子筛的物相、形貌和酸性等进行了表征,并将其应用于催化丁烯裂解反应。研究表明,经水热合成的无模板剂ZSM-5结晶度较好,与添加模板剂合成的ZSM-5拥有相似的孔道结构和晶体结构以及相近的酸量,但在酸中心分布上有明显差异:孔道内酸中心数量增加且分布更加均匀,孔道交叉处酸中心数量减少;经过外表面修饰改性后,ZSM-5分子筛外表面部分不具备择形性的酸中心被钝化,使其择形选择能力增强。在催化丁烯裂解反应中,用TMOS进行外表面修饰改性的无模板剂ZSM-5分子筛作为催化剂能够有效抑制副反应的发生,丙烯和乙烯的总收率高达58%。     

蒸汽辅助结晶法合成多级孔整体型ZSM-5分子筛

多级孔分子筛由于其高的比表面积、良好的传质性能和可调控的孔径等特性,引起了广大科研工作者的研究兴趣.近年来,通过选择性脱除骨架硅或铝,成功合成了多级孔沸石分子筛材料.但是由于骨架原子的脱除使分子筛的结晶度降低,进而使其催化效率降低.通过硬模板法(如炭黑、介孔硅球、气凝胶等),也用于合成多级孔沸石分子筛.然而,这种方法制备过程较为复杂,且成本较高.因此,亟需发展新的多级孔分子筛的制备方法.此外,在工业应用中,沸石分子筛催化剂通常需要做成整体柱状或片形以消除固定床反应器的床层压降.合成整体型沸石分子筛的传统方法是在沸石分子筛成型过程中添加SiO2和Al2O3等无机粘结剂.虽然该方法简单易行,但沸石分子筛的孔道结构容易被破坏,而且无机粘结剂的存在使分子筛活性中心的密度减少.为了解决这些问题,合成整体型多级孔沸石分子筛,不仅具有较强的机械稳定性,适应于工业,而且其多级孔道有利于分子的扩散,从而具有较高的催化活性.针对上述问题,我们以海绵作为模板,通过蒸汽辅助结晶(steam-assisted crystallization,SAC)方法,制备具有多级孔道的整体型ZSM-5分子筛.通过X射线衍射(XRD)、氮吸附脱附、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、固态核磁共振和氨气的程序升温脱附(NH3-TPD)等手段对分子筛进行了结构与性质表征.XRD和固态核磁共振的结果表明,成功合成了不同Si/Al的ZSM-5分子筛.SEM和TEM结果进一步确定了合成的整体型多级孔ZSM-5分子筛(记作M-ZSM-n,n代表Si/Al的摩尔比),由于分子筛颗粒的堆积形成的介孔,海绵模板提供的固体骨架形成的大孔,分子筛本身的微孔,共同构成了微孔-介孔-大孔的整体型ZSM-5分子筛.透射电子显微镜上配备的X射线能谱仪(EDS)结果表明,分子筛中的Si和Al元素能够均匀的分布.氮吸附脱附证明所得整体型分子筛具有明显的介孔结构.NH3-TPD结果表明,不同Si/Al的整体型多级孔ZSM-5分子筛具有不同强度的酸性,其酸性强度:ZSM-5(60)相似文献   

不同硅铝比ZSM-5分子筛作为助催化剂在渣油裂化中的应用

采用不同方法表征了硅铝比(SiO2/Al2O3)为33、266和487的质子型ZSM-5分子筛,并研究了ZSM-5分子筛作为助催化剂在渣油裂解中的应用。与USY分子筛基催化剂混合后,在固定流化床上,评价了ZSM-5分子筛助催化剂的催化裂化性能。研究发现,提高ZSM-5分子筛硅铝比,可以有效抑制混合催化剂对汽油烯烃的裂解,从而避免了汽油烷烃的大量损失。加入ZSM-5助催化剂后,伴随着液化气(LPG)产率的增加,异丁烷和异戊烷产率增加,这可能是由USY基催化剂和ZSM-5助催化剂的综合效应引起的。汽油烷烃和芳烃含量的变化,引起了汽油辛烷值的增加。高硅铝比ZSM-5分子筛(硅铝比为266和487)不仅可以显著改善汽油的辛烷值,而且有效避免了汽油的大量损失。催化汽油辛烷值的改善主要是由于高硅铝比ZSM-5分子筛具有适宜的芳构化和异构化活性,这些变化主要源于高硅铝比ZSM-5分子筛小的孔道直径和适宜的酸性。     

系列硅铝比纳米薄层ZSM-5分子筛的合成和表征

以自制不对称双子季铵盐表面活性剂为模板, 在水热合成体系中控制合成系列硅铝比纳米薄层ZSM-5分子筛.采用X射线衍射(XRD)、N₂吸附-脱附、X射线荧光光谱(XRF)、扫描电镜(SEM)和²⁷Al魔角旋转核磁共振(²⁷Al MAS-NMR)对合成的样品进行了表征. 详细研究了晶化温度、晶化时间、结构导向剂(SDA)用量、碱度等对合成的影响和纳米薄层ZSM-5分子筛的形成过程. 结果表明: 分子筛硅铝比越高, 结构导向剂用量越大, 所需的晶化时间越短; 晶化温度越高, 晶化时间越短; 且不同硅铝比纳米薄层ZSM-5分子筛的形貌规整度、比表面积和介孔/微孔孔容比例随着硅铝比而变化.     

不同方法处理的脱铝Y沸石的结构特征研究

用~(29)Si MAS NMR、~(27)Al MAS NMR、XRD及IR等方法对4种不同脱铝方法处理的USY、SSY、US-SSY和DAY的微观结构进行了研究,结合脱铝方法讨论了骨架硅铝的分布以及非骨架硅铝和羟基空穴等的形成和含量不同的原因.发现不同脱铝方法可导致骨架上不同Si(nAl)单元的脱除.XRD结果表明,SSY经进一步高温水蒸汽处理得到的US-SSY的相对结晶度可高达97％.脱铝后,微孔保留愈多,二次孔越少,相对结晶度愈高.最后对~(29)Si MAS NMR、XRD和IR3种测定骨架单胞铝(N_(Al))_F的结果进行了比较.     

HZSM-5分子筛焙烧脱铝的27Al MQMAS NMR研究

用29Si、27Al魔角旋转固体核磁共振(MAS NMR)结合二维多量子魔角旋转(2D MQMAS)技术对焙烧脱铝的HZSM-5分子筛中铝的配位状态进行了研究.结果表明,HZSM-5分子筛经焙烧后,在化学位移(δ)45处出现一宽峰信号,其主要来自扭曲四配位铝.通过二维三量子铝谱计算出扭曲四配位铝的四极作用常数约为5.2 MHz.对700和750 ℃焙烧样品的铝谱进行分峰拟合,发现在δ 30处又出现一个小峰,归属为非骨架五配位铝.同时,在750 ℃焙烧样品的二维多量子铝谱中直接观察到非骨架五配位铝的信号.焙烧温度低于700 ℃,脱铝不明显；高于700 ℃,引起分子筛骨架的显著脱铝.焙烧还造成部分骨架铝的信号变得“不可观测”.     

Impact of Mineralizing Agents on Aluminum Distribution and Acidity of ZSM-5 Zeolites

Intensive research on improving the catalytic properties of zeolites is focused on modulating their acidity and the distribution of associated Al sites. Herein, by studying a series of ZSM-5 zeolites over a broad range of Al content, we demonstrate how the nature of the mineralizing agent (F⁻ or OH⁻) used in hydrothermal syntheses directly impacts Al sites distribution. The proportions of Al sites, probed by ²⁷Al NMR, depend on the Si/Al ratio for F⁻, but remain identical for OH⁻ (from Si/Al=30 to 760). This leads to contrasting variations in weak and strong acidities. Such opposite effect of mineralizers is explained by the spatial location of negative charges and the resulting balance between short- and long-range electrostatic interactions. This understanding paves the way for additional and simple opportunities to control zeolites’ acidity.     

Distribution of aluminum and boron in the periodical building units of boron-containing Beta zeolites

Various boron only ([B]-BEA) as well as aluminum- and boron-containing beta zeolites ([Al,B]-BEA) have been prepared and modified by ion exchange of ammonium, sodium, and nickel ions. The zeolite samples have been characterized by 11B, 27Al, and 29Si MAS as well as three of them by 11B and 27Al 3Q-MAS NMR spectroscopy. The quantitative contributions of defect-free Si(nX) (n = 2, 1, 0; X = Al, B) and Si(OH)x (x = 2, 1) sites to the NMR signal intensities were calculated from the various Si/(Al + B) ratios and relative 11B, 27Al, and 29Si NMR signal intensities using the special distribution of aluminum and boron in different periodical building units of the zeolite framework. The boron atoms are sitting exclusively in diagonal positions in the four-membered rings of [B]-BEA zeolites, while the aluminum atoms are situated both in diagonal and lone positions in the four-membered rings of [Al,B]-BEA zeolites. A higher part of boron atoms are positioned in framework-related deformed tetrahedral boron species than in lattice positions in the [B]-BEA than in the [Al,B]-BEA zeolites. All extraframework octahedral aluminum species are transformed back to lattice positions due to ion exchange from the protonated form to ammonium-, sodium-, or nickel-ions containing zeolites. Oppositely, trigonal boron leaves the zeolite structure completely during ion exchange.     

Magic-Angle-Spinning NMR (MAS-NMR) Spectroscopy and the Structure of Zeolites

After outlining the chemical features and properties which make zeolites such an important group of catalysts and sorbents, the article explains how high-resolution solid-state NMR with magic-angle spinning reveals numerous new insights into their structure. ²⁹Si-MAS-NMR readily and quantitatively identifies five distinct Si(OAl)_n(OSi)_4-n structural groups in zeolitic frameworks (n = 0, 1,….4), corresponding to the first tetrahedral coordination shell of a silicon atom. Many catalytic and other chemical properties of zeolites are governed by the short-range Si, Al order, the nature of which is greatly clarified by ²⁹Si-MAS-NMR. It is shown that, as expected from Pauling's electroneutrality principle and Loewenstein's rule, both in zeolite X and in zeolite A (with Si/Al = 1.00) there are no ? Al? O? Al? linkages. In zeolite A and zeolite X with Si/Al = 1.00 there is strict alternation of Si and Al on the tetrahedral sites. Ordering models for Si/Al ratios up to 5.00 (in zeolite Y) may also be evaluated by a combination of MAS-NMR experiments and computational procedures. ²⁹Si-MAS-NMR spectra reveal the presence of numerous crystallographically distinct Si(OSi)₄ sites in silicalite/ZSM-5, suggesting that the correct space group for these related porosilicates is not Pnma. ²⁷Al-MAS-NMR clearly distinguishes tetrahedrally and octahedrally coordinated aluminum, proving that, contrary to earlier claims, Al in silicalite is tetrahedrally substituted within the framework. In combination, ²⁹Si- and ²⁷Al-MAS-NMR is a powerful tool for monitoring the course of solid-state processes (such as ultrastabilization of synthetic faujasites) and of gas-solid reactions (dealumination of zeolites with silicon tetrachloride vapor at elevated temperatures). They also permit the quantitative determination of framework Si/Al ratios in the region 1.00 < Si/Al < 10 000. Since most elements in the periodic table may be accommodated within zeolite structures, either as part of the exchangeable cations or as building units of the anionic framework, there is immense scope for investigation by MAS-NMR and its variants (cross-polarization, multiple pulse and variable-angle spinning) of bulk, surface and chemical properties. Some of the directions in which future research in zeolite science may proceed are adumbrated.     

Distribution of aluminum in different periodical building units of MOR and BEA zeolites

Various commercial, homemade, and dealuminated mordenites (MOR) and beta (BEA) zeolites as well as cobalt modified BEAs have been characterized by 29Si- and 27Al solid-state magic angle spinning nuclear magnetic resonance (MAS-NMR) spectroscopy. The quantitative contributions of Si(nAl) and Si(OH)x sites to the NMR signal intensities were calculated from the various Si/Al ratios and relative 29Si and 27Al NMR signal intensities assuming a special distribution of aluminum in different periodical building units of the zeolite framework. A different dealumination and silanol formation mechanism for MOR and BEA was suggested. We conclude that we are able to distinguish the Si(OH)x groups that are original defect sites or produced in a dealumination or calcination process.     

非碱性介质中全硅分子筛的合成与表征

在非碱性介质中,F-离子存在下,采用水热方法研究了全硅分子筛的合成。以三丙胺、胆碱、三亚乙基二胺和哌嗪为模板剂,合成出具有MFI结构(ZSM-5型)的全硅分子筛。全硅Theta-1和ZSM-39的模板剂分别为1,6-已二胺和四甲基溴化铵。~(29)Si MAS NMR研究结果表明,该体系得到的全硅分子筛具有结晶度高和缺陷少的特点。     

沸石分子筛的骨架同晶置换(Ⅰ)——NH4BF4溶液中沸石分子筛的脱铝补硅

通过NH₄BF₄溶液对沸石分子筛进行脱铝补硅,对所得产物已用多种技术表征。结果表明,在此处理过程中,产物的硅铝比随溶液中NH₄BF₄浓度的增加而增加,热稳定性随之增强,酸量随之减弱,未发现硼对骨架元素的同晶置换,而发生了脱铝补硅作用。     

Variation of Aluminium Distribution in Small-Sized ZSM-5 Crystals during Desilication

Hollow ZSM-5 zeolites of size below one micrometer can be produced by desilication of crystals with aluminium zoning. The parent crystals have a core–shell structure: the core part has nearly no aluminium, whereas the aluminium content in the shell increases when extending to exterior surface. Transmission electron microscopy confirmed the preservation of the crystalline shell after base leaching, but could not identify its subtle change. An increase of the Si/Al ratio of the surface was detected upon leaching the parent material to form the hollow zeolite by using ambient pressure X-ray photoelectron spectroscopy and infrared spectroscopy of substituted alkylpyridines. ²⁷Al MAS NMR showed that base leaching results in a reduced percentage of distorted tetrahedrally coordinated aluminium. The reprecipitation of dissolved species occurs and tetrahedrally coordinated tin atoms can thus be introduced to the shell framework. Overall, the formation of hollow ZSM-5 zeolites by desilication involves not only the removal of silicon-rich core, but also a reduced percentage of exterior aluminium-related acid sites, which should be considered while using hollow zeolites in acid-catalyzed reactions.     

MFI沸石上对二甲苯的热脱附

MFI沸石（ZS－5型）的骨架结构内含十氧元环的二维孔道［‘］，孔容积0．18cm‘·g－‘，硅沸石（Silicallte－1）是骨架中不合铝的ZSM－5．’‘StMASNMR话可揭示沸石的结构对称性、硅铝比和局部缺陷［习．Nagy等人间提出St－OH缺陷在含铅量高时形成．Woolery等门则认为出OH完全是由于骨架内包藏的桂的存在而产生，并随铝合量降低而增大．ZSM－5、硅沸石的结构特征和对二甲苯（Px）的性质决定了Px在ZSM－5上的吸附特性·本文用’‘StMASNLDEL表征硅沸石及不同含铅量的H、Na型ZSM－5的结构，并用＊W＊＊G巾TA分析吸附于…