ZSM-5分子筛催化苯与甲醇烷基化反应研究进展

我们综述了近年来苯和甲醇烷基化反应研究取得的进展.重点从ZSM-5催化剂的Si/Al、晶粒尺寸、改性等方面介绍了苯和甲醇烷基化催化剂的研究进展,总结并展望了苯和甲醇烷基化反应的研究方向,为ZSM-5分子筛催化剂的改性和苯-甲醇烷基化反应工艺创新提供参考.     

改性纳米ZSM-11分子筛及其催化苯与甲醇烷基化反应的性能

采用先NaOH溶液碱处理后用柠檬酸溶液酸处理的方法对纳米ZSM-11分子筛进行改性.采用X射线衍射(XRD)、N_2吸附-脱附、扫描电镜(FE-SEM)、NH_3-TPD和热重(TG)等技术对改性前后的样品进行表征,将得到的催化剂应用于苯与甲醇烷基化制甲苯反应,结果表明:采用经改性处理的纳米ZSM-11分子筛催化剂,在反应温度为350℃,压力为0.2 MPa,质量空速(WHSV)为6 h~(-1),苯与甲醇进料摩尔比为1∶1的条件下,苯与甲醇烷基化反应产物中甲苯选择性明显提高,苯转化率达到44.7%,甲苯和二甲苯总选择性达到97.4%,其中甲苯选择性为86.5%,甲苯收率为37.8%.     

NaOH改性ZSM-5分子筛在苯、甲醇烷基化反应中的应用

用NaOH溶液对高硅ZSM-5分子筛进行处理,考察其应用于苯-甲醇烷基化反应过程的最佳处理条件,并用XRD、SEM、XRF、NH3-TPD、TPO、BET等手段对试样进行表征。结果表明,NaOH在脱除分子筛硅物种的同时,也会脱出晶粒表面附着物,暴露出更多的酸性位,形成一定量的介孔,进而影响苯-甲醇烷基化性能。当NaOH处理量为2.4 mmol/gcat时,在液体积空速为85 h-1下,烷基化反应中苯的转化率达到38%,相比处理前提高了近16%,且积炭量低,稳定性好。     

ZSM-5分子筛催化甲醇制汽油反应中的晶粒粒径效应研究

通过调控水热合成ZSM-5凝胶液中H_2O/Si物质的量比,实现了粒径为70、200、400和650 nm四种单分散ZSM-5的可控合成。采用XRD、TEM、BET和NH_3-TPD等多种表征对其微观结构进行分析,结合催化性能评价,考察了晶粒粒径对其催化甲醇制汽油反应性能的影响机制。结果表明,整体上随着ZSM-5晶粒粒径的增加,其外比表面积减小,结晶度提高,酸量呈现出先增加后基本不变的趋势。但外表面附着小晶粒的粒径为650 nm的分子筛体现出了大的外表面积和强的酸性。ZSM-5晶粒粒径的增加整体上降低了其催化MTG反应的寿命和最高收率。晶粒粒径为70 nm时,ZSM-5体现出了96 h的催化寿命和30.8%的最高收率。晶粒粒径为650 nm样品由于其大的外比表面积和较强的表面酸性,也体现出91 h的寿命。在大晶粒ZSM-5外表面附着生长小晶粒ZSM-5,是一种制备高性能催化剂的新方法。     

HF改性的Pt/ZSM-5催化剂在苯和甲醇烷基化反应中的应用

以HF改性的Pt/ZSM-5为催化剂,研究了其在苯和甲醇烷基化反应的应用,并用XRD、NH₃-TPD、BET等表征方法研究了改性前后催化剂酸性和孔结构变化。 结果表明,经HF改性后,Pt/ZSM-5催化剂的酸性增强、酸量增加,苯和甲醇烷基化反应性能明显提升。 3%HF-0.2%Pt/ZSM-5催化剂催化苯和甲醇烷基化反应时,甲苯和二甲苯选择性达到92.20%。 但是,HF负载量大于6%时,HF脱除的部分骨架硅和骨架铝会堆积在催化剂孔道内部,限制了反应物和产物的扩散,造成其催化性能下降。 通过计算得到了HF改性的Pt/ZSM-5催化剂上苯和甲醇烷基化反应的活化能为118 kJ/mol。     

ZSM-5-SBA-15复合分子筛制备及甲苯甲醇烷基化性能研究

采用后合成法制备了ZSM-5-SBA-15复合分子筛,通过XRD、FT-IR、BET、NH₃-TPD及吡啶红外等手段表征催化剂的性质。结果表明,ZSM-5-SBA-15既具有微孔结构又具有介孔结构。吡啶吸附和NH₃吸脱附实验结果表明,ZSM-5微孔分子筛的引入使SBA-15介孔分子筛的酸性增强,但与ZSM-5相比,ZSM-5-SBA-15复合分子筛的酸性位没有改变,酸强度有一定的减弱。用固定床评价了该复合分子筛甲苯甲醇烷基化反应的催化性能。结果表明,与常规ZSM-5相比,ZSM-5-SBA-15表现出了较高的对位选择性。     

改性ZSM-5分子筛催化甲苯、甲醇苯环烷基化反应的研究进展

综述了近三十年来国内外有关在改性ＺＳＭ－５沸石催化剂上,甲苯、甲醇苯环烷基化制备对二甲苯反应的研究状况。经过改性的ＸＳＭ－５型沸石具有合适的孔径和适当强度及数量的表面酸中心,有利于反应活性及选择性的提高。参考文献１４５篇。     

不同形貌ZSM-5分子筛的合成及苯-乙醇烷基化反应性能

采用水热法制备了环状、薄片、类球状聚集体和小晶粒4种不同形貌和尺寸的纳米ZSM-5分子筛,用XRD、SEM、BET和NH3-TPD对所合成分子筛进行了表征,并考察分子筛形貌对苯和乙醇烷基化性能的影响。实验结果表明：在相同的硅铝比下,不同形貌的分子筛具有相似的弱酸峰强度,短b轴和中空结构的存在会降低分子筛的强酸峰强度,分子筛的强酸峰强度直接影响烷基化性能;分子筛颗粒形貌对催化烷基化性能有较大影响,四种形貌分子筛催化苯和乙醇烷基化性能优劣顺序为：薄片ZSM-5>环状ZSM-5>类球状团聚体ZSM-5>小晶粒ZSM-5。其中,具有薄片结构的H-ZSM-5分子筛在烷基化反应过程中表现出最佳的催化性能。综合对比结果表明：较低的强酸强度、较大的比表面积和孔容、较多的直形孔道占比下,分子筛的烷基化性能最佳,产物乙苯的选择性越高。     

Pt改性分子筛催化剂上丙烷与苯的烷基化反应

研究了不同分子筛负载的Pt催化剂上丙烷与苯的烷基化反应.结果表明,Pt/HZSM-5具有较好的催化性能.在0~0.3%范围内提高Pt负载量可以提高催化剂的催化活性和生成C9以及C10 芳烃的选择性,降低非芳烃产物的选择性.较低的反应温度、较高的苯/丙烷摩尔比和较高的空速有利于烷基芳烃的生成.     

Nd/HZSM-5分子筛催化苯与甲醇烷基化的研究

采用稀土Nd盐溶液等体积浸渍法制备了Nd/HZSM-5催化剂,并采用BET、XRD、SEM、TG、FT-IR、NH3-TPD、ICP-AES表征手段对催化剂的孔道变化、结构、形貌、热稳定性、酸性及Nd负载量进行测试.在固定床单程管式微反应器上进行催化性能评价.结果表明,改性后分子筛颗粒尺寸减小、表面和孔道结构未发生改变、弱酸强度上升、热稳定性未发生变化,且Nd/HZSM-5催化剂在苯与甲醇烷基化反应中,在进料比1∶1、常压、温度380℃、反应时间3.0 h、质量空速MHSV=2.5 h-1、Nd负载量为1.35%、催化剂用量2.5 g的条件下,苯的转化率为74.14%,产物二甲苯的选择性和收率分别为57.96%和42.97%.     

高浓度体系小晶粒B改性ZSM-5分子筛的制备及甲醇制丙烯催化性能

在高浓度体系(n(H2O)∶n(Si O2)4)下,以粗孔硅胶和偏铝酸钠为原料,TPABr为模板剂,水热晶化法制备了小晶粒B改性ZSM-5分子筛,单釜产率达50%以上.采用XRD、FT-IR、SEM、NH3-TPD、XRF、N2物理吸附等方法对其结构进行了表征,评价了其在甲醇制丙烯(MTP)反应中的催化性能.结果表明,制备的小晶粒B改性ZSM-5分子筛粒度分布均匀,粒径约500 nm.在MTP反应中,B改性的样品比未改性样品含有更多的弱酸位,表现出更好的的活性、选择性和稳定性,其中n(Al2O3)∶n(B2O3)=1∶1的样品效果最好,甲醇转化率在95%以上运行476h,丙烯平均选择性46.32%.     

Preparation and Catalytic Properties of Transition Metal Doped ZSM-5 Zeolites

Metal silicates of ZSM-5 type structure were prepared by doping silicate gels with chromium, manganese, cobalt, nickel, and copper ions, respectively, followed by reacting hydrothermally. The resultant materials were characterized by the metal content, x-ray powder diffraction, ion exchange capacity, surface area, thermal stability, and temperature programmed desorption of ammonia for acidity measurement. In addition, the catalytic properties of these metal silicates were examined using ethanol conversion as a probe reaction. The effect of transition metal content on the catalysis for dehydration, dehydrogenation, oligomerization, cracking, and cyclization to the aromatics was established and compared with that of HZSM-5 catalyst.     

形貌、晶粒大小不同的ZSM-5分子筛的表征及催化性能的研究

对3种不同形貌、晶粒大小的ZSM—5分子筛催化剂进行了表征和催化性能的研究．用XRD、SEM和NH3—TPD等方法对ZSM—5分子筛进行表征，结果表明小品粒分子筛的结晶度优于大晶粒分子筛，其酸性随着晶粒的减小而增强．对于MTG反应，ZSM—5分子筛酸性、晶粒大小和晶体形貌等因素对其催化活性产生显著影响．小晶粒的ZSM—5分子筛更有利于C5 和C9 的生成，而大晶粒的ZSM—5分子筛对对二甲苯的选择性高．TG结果表明ZSM—5分子筛上积炭覆盖酸性中心是导致催化失活的主要因素．     

ZSM-5@Mesoporous Silica核壳复合结构分子筛的制备及其甲苯甲醇烷基化择形催化性能的研究

采用阳离子表面活性剂模板法在ZSM-5晶体颗粒表面外延生长介孔氧化硅壳层来调变其外表面酸性, 制备了具有高择形催化性能的介孔氧化硅包裹ZSM-5分子筛的微孔-介孔核壳结构复合材料ZSM-5@mesosilica. 扫描电镜和高分辨透射电镜表征显示, 具有无序孔道结构的介孔壳层均匀包覆于ZSM-5晶粒的外表面, 而且壳层的厚度在一定范围内可调变; 另外, 壳层介孔的孔道走向垂直于分子筛核, N₂吸附曲线表明复合材料的微孔和介孔具有互通性. 吡啶吸附和氨吸脱附实验结果证明这些分子可以自由扩散进入分子筛的微孔道, 并且介孔壳层包覆以后ZSM-5分子筛内的酸性位和强度基本没有变化. 用固定床评价了该复合分子筛对甲苯甲醇烷基化反应的催化性能, 结果表明, 与常规ZSM-5相比, ZSM-5@mesosilica核壳材料表现出了较高的对位选择性. 核壳材料独特的择形催化性能归因于介孔氧化硅壳层将ZSM-5非择形性的外表面酸性位部分覆盖, 从而抑制了对二甲苯在外表面的二级异构化反应.     

硼和氟掺杂ZSM-5分子筛的制备及其甲醇制丙烯反应性能

采用两步水热晶化法,通过在合成体系中加入硼酸、氟化铵、氟硼酸铵,合成出了硼和氟改性的ZSM-5分子筛。利用X射线衍射、氮气吸附-脱附、29Si固体核磁共振波谱、傅里叶变换红外光谱、扫描电子显微镜以及NH₃程序升温脱附等测试手段对样品进行了表征。结果表明：硼和氟掺杂条件下可以合成具有较高结晶度的ZSM-5分子筛,杂原子掺杂提高了分子筛的硅铝比;硼和氟掺杂可以显著降低ZSM-5分子筛的Lewis酸量,但提高了Brønsted酸量;硼和氟共同作用可以降低ZSM-5分子筛的颗粒尺寸。甲醇制丙烯评价结果显示：较低的Lewis酸量和适宜的Brønsted酸性有利于提高丙烯选择性和催化剂寿命;NH₄BF₄改性的ZSM-5分子筛（Z5-BF2）表现出较高的丙烯选择性和较长的催化剂寿命。     

ZSM-34分子筛的合成及其催化甲醇转化制烯烃反应性能

以氯化胆碱为模板剂,采用水热合成法在较短的晶化时间内合成了OFF/ERI共晶体ZSM-34,考察了各种合成条件对产物的影响.通过调变合成参数可以获得不同ERI含量的ZSM-34.用X射线衍射、扫描电子显微镜和X射线荧光分析等对合成产物进行了表征.吸附实验显示,所合成的分子筛具有较大的孔容,其对正己烷的吸附容量为11.4%.HZSM-34分子筛对甲醇转化制烯烃(MTO)反应具有良好的催化活性和高的乙烯选择性,低碳烯烃(乙烯 丙烯)选择性高达86.0%,并且在反应过程中始终维持在较高的水平,不受甲醇转化率降低的影响.高温水蒸气处理后的分子筛酸性降低,大大抑制了MTO初始反应中丙烷的选择性,而初始低碳烯烃的选择性则明显提高.     

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.