连续流动条件下含氮Beta分子筛催化甲缩醛-异丁烯Prins反应

采用高温氨气氮化法,制备了一系列含氮Beta分子筛样品,并在连续流动条件下,考察了其催化甲缩醛与异丁烯经Prins缩合制异戊二烯的反应性能.利用XRD、 N₂吸附/脱附、元素分析、 ²⁹SiMAS NMR、 NH₃-TPD、 CO₂-TPD和TG等方法对氮化分子筛的结构、酸碱性和反应后积碳进行了表征,研究了反应条件及样品的酸碱性对反应性能的影响.结果表明,以35%甲缩醛水溶液为反应物,在320℃、 2 MPa、异丁烯与甲缩醛摩尔比为7的适宜条件下,铵型Beta为前驱体制备的催化剂对甲缩醛的转化率达99%,异戊二烯的产率达85%.氮化后少量的酸性位和较多的碱性位有利于维持甲缩醛较高的转化率、较高的异戊二烯产率及较低的反应积碳量.催化剂再生6次后仍保持75%异戊二烯产率,样品中Si―N键削弱导致酸碱性变化是再生后反应性能下降的主要原因.     

镁改性对HZSM-5分子筛催化乙烯制丙烯的影响

采用等体积浸渍法制备了一系列不同Mg含量(0–1.0%)的HZSM-5分子筛。利用X射线衍射(XRD)、N_2吸附/脱附、铝魔角旋转固体核磁共振(~(27)AlMASNMR)、~(29)SiMASNMR、氨-程序升温脱附(NH_3-TPD)和吡啶吸附傅里叶变换红外(Pyridine-IR)光谱等技术对改性前后样品的结构和酸性进行了详细表征,在常压连续流动固定床反应器上考察其对乙烯转化制丙烯(ETP)反应的催化性能,评价了反应条件和Mg改性的影响。结果表明,在温度为550°C、乙烯体积空速GHSV=3000 h~(-1)的适宜反应条件下,0.5%适量镁改性HZSM-5导致乙烯转化率有所下降,但丙烯选择性增加到45%以上,而副产物芳烃的选择性降到8%以下。反应前样品的酸性表征和反应后积碳样品的TPO及~(13)CCP/MASNMR谱图分析表明适量镁改性使HZSM-5分子筛的总酸量和强B酸量减少而中强酸量增加,从而提高了丙烯的选择性,但是过量的镁改性使分子筛的总酸量明显减少,导致催化剂的活性显著下降。     

La改性HZSM-5分子筛催化剂甲醇转化制汽油反应性能研究

采用浸渍法制备了La改性HZSM-5分子筛催化剂,利用X射线衍射（XRD）、氮气吸附-脱附、氨气程序升温脱附（NH₃-TPD）以及吡啶吸附红外光谱（Py-FTIR）技术对催化剂进行表征,并在固定床微型反应评价装置上,在反应温度350℃,系统压力0.1 MPa,甲醇质量空速4.74 h^-1的条件下,考察La改性HZSM-5分子筛催化剂的甲醇转化制汽油反应性能。结果表明,La改性HZSM-5分子筛催化剂的酸量降低,比表面积和孔容减小。La负载量为4%时,其MTG反应性能最佳,催化剂的寿命和汽油收率分别由改性前的12 h和52.69%增加到16 h和59.28%。此外,随着La负载量的增加,汽油中芳烃含量显著降低,降幅达18%。     

分子筛催化剂上甲醇与三聚甲醛缩合制聚甲醛二甲醚

对HY、HZSM-5、Hβ和HMCM-22分子筛催化剂上甲醇与三聚甲醛缩合制聚甲醛二甲醚（PODE_n或DMM_n）的反应性能进行了研究,考察了分子筛种类和酸性对产物分布的影响。结果显示,以酸性分子筛为催化剂,甲醇与三聚甲醛可缩合得到聚甲醛二甲醚。HY分子筛上反应产物主要为短链的甲缩醛（DMM）;HZSM-5和Hβ分子筛上产物以DMM₁~3为主,其柴油添加剂组分DMM₃~8的收率分别为6.40%和13.78%;HMCM-22分子筛为催化剂时,长链的聚合物收率明显增加,其柴油添加剂组分DMM₃~8的收率可以达到29.39%。NH₃-TPD表征结果表明催化剂表面的酸性对产物分布有着明显的影响：表面弱酸位有利于短链产物DMM的生成,而中等强度的表面酸性位则能促进柴油添加组分DMM₃~8的生成。     

多级孔HZSM-5分子筛催化剂的制备及低碳烃芳构化应用

采用0.2 mol/L的NaOH溶液对HZSM-5分子筛进行了不同时间的碱改性处理, 并对分子筛的结构和酸性进行表征, 考察了碱改性对HZSM-5催化剂的低碳烃芳构化活性的影响. 结果表明, HZSM-5分子筛经碱改性后会产生少量介孔, 且随改性时间延长, 介孔数量增加, 平均孔径增大, 总酸量降低, B酸/L酸比值降低. 120 min碱改性HZSM-5催化剂的活性、 稳定性以及目标产物苯、 甲苯、 乙苯和二甲苯(统称BTEX)的选择性最高.     

铈改性Silicalite-1分子筛催化剂上甲醇制丙烯反应性能研究

采用浸渍法制备了Ce改性的Silicalite-1分子筛催化剂,利用XRD、N2吸脱附、Py-FTIR和NH_3-TPD等手段对催化剂进行了表征;针对甲醇转化制丙烯(MTP)反应,在常压、450℃和质量空速为9.6 h-1的反应条件下,利用连续流动固定床微型反应评价装置,考察了CeO_2负载量对CeO_2/Silicalite-1催化性能的影响。结果表明,与HZSM-5分子筛(SiO_2/Al_2O_3(molar ratio)=200)相比,Silicalite-1分子筛具有更高的丙烯选择性和催化稳定性。Ce的引入可有效调节Silicalite-1分子筛的酸性质和孔结构;合适浓度的Ce改性处理(CeO_2负载量(质量分数)为5.0%)使得Silicalite-1的强酸量降低,其丙烯选择性(质量分数)和催化稳定性分别由原来的31.9%和51 h增加到38.2%和72 h。     

Na_2CO_3溶液处理对Ni-Mo/HZSM-5分子筛硫醚化催化性能的影响

采用Na2CO3溶液对ZSM-5分子筛进行碱处理,考察了处理温度和处理时间对ZSM-5分子筛结构特征和物化性能的影响。利用XRD、N2吸附-脱附、XRF、SEM及NH3-TPD表征对处理前后样品进行分析。以正丁硫醇和异戊二烯组成的模型化合物为原料,对碱处理后含微-介孔HZSM-5分子筛制得的Ni-Mo/HZSM-5催化剂进行硫醚化活性评价。结果表明,Na2CO3溶液处理没有破坏原分子筛晶体形貌,保持微孔结构的同时,适当的提高处理温度和延长处理时间有利于ZSM-5分子筛比表面积、外比表面积、介孔孔容和平均孔径的增大,并调节了酸性质。但过长的处理时间并不利于介孔的生成和酸性的调变。经90℃的Na2CO3溶液处理5 h得到催化剂表现较高硫醚化活性,正丁硫醇和异戊二烯转化率分别可达92.36%和97.33%。由此,Na2CO3溶液处理可提高催化剂硫醚化活性,且改性过程温和可控。     

Al2O3孔结构对纳米HZSM-5基催化剂改质FCC汽油性能的影响

采用NH₃-TPD、FT-IR、N₂吸附-脱附等手段对两种不同来源的氧化铝样品进行了表征。结果表明,两种Al₂O₃的总酸量及酸强度没有明显差别,酸类型均以Lewis酸为主,其中,Al₂O₃ (b)的平均孔径及孔体积较大。在固定床微型反应装置上考察了以两种Al₂O₃为载体制备的纳米HZSM-5基催化剂改质全馏分FCC汽油的性能。实验结果表明,以大孔Al₂O₃为载体的HZSM-5基催化剂具有较好的降烯烃、芳构化、异构化活性及稳定性。改性纳米HZSM-5负载的LaNiMo催化剂对FCC汽油的300 h评价结果表明,烯烃饱和率为83%,脱硫率为87%,同时维持了油品的辛烷值。     

酸性质对磷钨酸改性CeO_2上NH_3选择性催化还原NO性能影响

分别制备了磷钨酸、磷酸、偏钨酸铵及磷酸+偏钨酸铵改性的CeO_2催化剂,用于NO的NH3选择性催化还原反应(NH3-SCR),对酸改性的作用进行了研究。结果表明,不同酸改性后的CeO_2催化剂均含有弱酸和中强酸位,但酸量差别明显,依次为:磷钨酸/CeO_2偏钨酸铵/CeO_2磷酸+偏钨酸铵/CeO_2磷酸/CeO_2。由于磷钨酸改性的CeO_2催化剂中P与W之间相互作用,导致磷钨酸/CeO_2催化剂表面弱酸及中强酸含量较多,Ce物种和O物种相对活跃,有利于NH3的吸附、活化和NH3-SCR反应的进行;因此,磷钨酸改性的CeO_2催化剂活性最佳,在225-450℃下NO转化率高于90%。     

氢预处理对Zn/HZSM-5分子筛催化乙烯芳构化反应性能的影响

采用浸渍法制备了Zn/HZSM-5分子筛催化剂,进行了不同温度的氢气预处理,通过X射线衍射(XRD)、氮气吸附-脱附、傅里叶变换红外(FT-IR)光谱、NH_3程序升温脱附(NH_3-TPD)、X射线光电子能谱(XPS)等表征技术,系统考察氢气预处理对Zn/HZSM-5分子筛结构、孔道、酸性、Zn存在状态以及在乙烯芳构化反应中的催化性能等的影响。研究结果表明,氢气预处理温度显著影响Zn/HZSM-5中Zn物种的含量和存在状态:600℃以下的氢处理,几乎不影响分子筛上Zn物种的总含量,而600℃以上氢处理时会造成Zn物种的大量流失;XPS研究显示,氢预处理的温度不同,分子筛上ZnOH~+与ZnO的相对比例变化显著。结合乙烯芳构化反应性能,可以发现ZnOH~+物种的含量与芳烃选择性存在较好的线性关系,说明其是促进烯烃脱氢、芳构化的主要活性中心,Zn存在状态的变化使得氢气预处理温度显著影响乙烯芳构化反应产物的分布。     

Highly shape-selective Zn-P/HZSM-5 zeolite catalyst for methanol conversion to light aromatics

A highly shape-selective and relatively long-lifetime HZSM-5-based catalyst (Zn-2P/HZSM-5) was prepared by chemical modification with both ZnSiF₆·6H₂O and H₃PO₄ solution. The phosphoric acid modification could effectively modulate the Brønsted acid strength of the HZSM-5 catalyst, which promotes the oligomerization, alkylation, cyclization, and hydrogen transfer reactions. The introduction of Zn-Lewis acid sites significantly improved the dehydroaromatization of higher olefins. All of these were very beneficial for the generation of BTX (i.e. benzene, toluene, and xylene) hydrocarbons in aromatization of methanol. The coke amount and the average rate of coke formation decreased over the Zn-2P/HZSM-5 catalysts, which may largely be ascribed to its lower strong acid sites and lower outer surface acidity. The catalytic performance of methanol aromatization showed that the Zn-2P/HZSM-5 catalyst exhibited the highest BTX selectivity of about 46.76% and the longest catalytic lifetime of about 498 h at T = 400 °C, P = 0.1 MPa, and weight hourly space velocity = 0.7 h⁻¹.     

焙烧温度对MgAlOx复合氧化物催化甲醛和乙醛合成正丙醛反应性能的影响

采用共沉淀法制备了镁铝水滑石前驱体,通过在不同温度下焙烧得到系列MgAlO_x复合氧化物催化剂,采用XRD、TG、N₂吸附-脱附、NH₃-TPD和CO₂-TPD等技术对催化剂的物理和化学性质进行了表征,采用甲醛和乙醛缩合反应对催化剂反应性能进行了评价。结果表明,随着焙烧温度的提高,乙醛转化率以及正丙醛时空收率先增加后减少,C-550催化剂最大,分别达到39.22%和103.86 g/（kg·h）,这与催化剂中强碱和强碱数目变化趋势一致。此外,提高催化剂中强碱和强碱数目还会促进副产物甲醇和CO₂的生成。     

酸碱改性HZSM-5分子筛上甲醇制取均四甲苯的研究

对HZSM-5分子筛进行"酸碱两步改性",制备得到了H(0.2)-Na-ZSM-5、H(0.5)-Na-ZSM-5、H(0.2)-K-ZSM-5和H(0.5)-K-ZSM-5四种催化剂。通过XRD、NH₃-TPD、ICP、FT-IR与Py-IR方法对催化剂进行表征,并在连续流动固定床反应装置上对催化剂进行评价。实验结果表明,H(0.2)-K-ZSM-5催化剂由于其孔径变大、弱的B酸量增多,从而提高了均四甲苯的选择性。     

W掺杂对Mo/HZSM-5催化甲烷无氧芳构化性能的影响

采用浸渍法制备了Mo/HZSM-5、Mo-W/HZSM-5和W/HZSM-5三种催化剂。通过XRD、BET、Py-FTIR、H2-TPR、XPS、TEM、NH3-TPD、TPO、TG和Raman等技术对催化剂的物化性质进行表征,并考察其在甲烷无氧芳构化反应中的催化性能。结果表明,相比于Mo/HZSM-5,Mo-W/HZSM-5催化剂表现出更高的CH_4转化率、芳烃收率以及催化稳定性。H_2-TPR和XPS结果表明,Mo-W/HZSM-5中存在更易被还原为W~(4+)的正八面体(WO_6)~(n-)前驱体,反应过程中W4+的形成有助于提高CH_4转化率。同时,积炭表征结果表明,石墨型积炭是导致Mo/HZSM-5催化剂快速失活的主要原因,W掺杂可以抑制MoW/HZSM-5催化剂上石墨型积炭的形成,进而提高催化剂的稳定性。     

Aromatization of methane by using propane as co-reactant over cobalt and zinc-impregnated HZSM-5 catalysts

The activities of the cobalt and zinc-impregnated HZSM-5 catalysts to the non-oxidative conversion of propane (C3) and methane (C1) into aromatic hydrocarbons were evaluated using a fixed-bed microreactor. C1 conversion reached 36.7% and the selectivity of aromatic products reached above 88.7% at atmospheric pressure, weight (hourly) space velocity (WHSV) 1.6 g h⁻¹/(g cat)⁻¹ and 873 K. The influence of the acidity and the ratio of cobalt in the catalyst on the conversion of methane and propane was evaluated. C1 incorporation was conclusively confirmed by the mass spectral analyses of aromatic products produced in a run with ¹³CH₄ which shows a significant ¹³C enrichment in the C₆H₆⁺, C₇H₈⁺ and C₈H₁₀⁺ fragments. The methane activation could result from its hydrogen-transfer reaction with alkenes. These catalysts were thoroughly characterized using XRD, N₂ adsorption measurements, TPD of NH₃, and FT-IR. The results showed that the activation of methane in low temperature was due to existence of propane. The acidic changes and micropore area of the catalyst severely affected aromatization, and resulted in drastic modifications in product distribution. From this work, we found that only a small fraction of tetrahedral framework aluminum, which corresponds to the Bronsted acid sites, is sufficient to accomplish the aromatization of the intermediates in methane and propane aromatic reaction, while the superfluous strong Bronsted acid sites, which can be decreased by adding Co and Zn, are showed to be related with the aromatic carbonaceous deposits on the catalysts. The density of acidic site and the strength of strong acid decreased when the concentration of Co and Zn in the catalyst increased. Therefore, a much higher benzene yield and a longer durability of the catalysts are obtained when compared with the conventional HZSM-5 catalysts.     

不同P负载量对Co-Mo/γ-Al_2O_3煤焦油加氢脱硫性能影响的研究

以分步浸渍法在固定MoO_3、CoO含量(质量分数)为13.50%、2.11%的条件下,通过改变磷酸浓度,制备了不同P负载量的Co-Mo/γ-Al_2O_3催化剂。考察了不同的P负载量催化剂对内蒙古赤峰中温煤焦油加氢脱硫性能的影响。并以NH3程序升温脱附(NH_3-TPD)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)等手段对催化剂的结构性质进行了表征。结果表明,适宜的P负载量可减弱活性组分与载体间的相互作用,利于活性组分均匀分散在载体表面,改善了催化剂的还原、硫化性能和酸性分布,从而提高了催化剂的加氢脱硫活性。当磷酸质量分数为4%时,催化剂表现出最佳的加氢脱硫性能,硫脱除率达到96.98%。不同P负载量Co-Mo/γ-Al_2O_3催化剂加氢脱硫活性对应的磷酸浓度顺序为:4%2%6%1%08%。     

FTIR研究不同硅铝比HZSM-5沸石的酸性质

用IR和NH₃-TPD测定了硅铝比为31.4～137.1的HZSM-5沸石样品的酸中心数;由Lang-muir吸附模型推导出B、L酸的吸附热公式,并由此计算了B酸的吸附热。发现在Al/u.c.为3.64附近,酸中心数与Al/u.c的关系发生了转折,并发现B酸吸附符合Langmuir模型,L酸强度不均匀而不符合该模型,测定了HZSM-5分子筛的B、L酸消光系数8_B=7.52×10⁵cm·mol^-1、8_L=1.09×10⁶cm·mol^-1。     

H2S/H2硫化温度对MoP/SiO2催化剂硫醚化性能的影响

以负载磷酸钼为前驱体,采用程序升温还原法制备了MoP/SiO₂催化剂,以体积分数3%H₂S/H₂对其进行了硫化处理,利用XRD、CO化学吸附、NH₃-TPD、HRTEM-EDX、ICP-AES以及XPS等手段对催化剂进行了表征,研究了硫化温度对MoP/SiO₂催化剂结构和异戊二烯与正丁硫醇硫醚化性能的影响。结果表明,即使在400℃硫化处理也未改变MoP/SiO₂催化剂中MoP体相结构;随着硫化温度提高,催化剂表面酸量增加、金属位数量减少,降低了催化剂C-S键氢解及异戊二烯深度加氢活性,但同时也提高了催化剂烯烃聚合活性。经120℃硫化处理的MoP/SiO₂兼具较佳硫醚化及异戊二烯选择加氢性能。     

NiMo/Al_2O_3-USY催化剂上中低温煤焦油加氢裂化性能研究

采用等体积浸渍法制得一系列NiMo/Al_2O_3-USY催化剂,在200 mL固定床上考察了不同金属负载量对其中低煤焦油加氢裂化催化性能的影响,进一步用NH_4F溶液改性USY以提高催化剂的脱硫性能,并结合XRD、氮气吸附-脱附、XPS、HR-TEM、H_2-TPR和NH_3-TPD等手段对催化剂进行了表征分析。结果表明,NiM o/Al_2O_3-USY催化剂适宜的M oO_3负载量为15%(质量分数);当MoO_3含量超过15%后,MoS_2活性相在载体上团聚,硫化程度趋于稳定,强酸酸量和孔径减少,增加金属负载量对煤焦油加氢裂化转化率影响较小。NH_4F改性USY可增大NiM o/Al_2O_3-USY催化剂的孔径,有利于提高煤焦油加氢裂化转化率。表面强酸酸量减少后,产品中的硫含量明显增加,说明强酸酸量是影响产物硫含量的关键因素。当NH_4F浓度为0.6 mol/L时,NH_4F改性USY制得的NM 0.6催化剂上煤焦油加氢裂化的转化率为87.65%,产品汽油馏分(≤180℃)硫含量为5.96 mg/kg,柴油馏分(180-320℃)硫含量为34.98 mg/kg。     

载体对铜基催化剂NH_3-SCR低温脱硝性能的影响

采用浸渍法制备载体负载铜氧化物催化剂。通过XRD、TG-MS、XPS、NO-TPD、NH_3-TPD和H_2-TPR等手段对催化剂进行表征,考察了有氧条件下载体对催化剂NH_3-SCR低温脱硝性能的影响。结果表明,铜物种在载体上以CuO和Cu_2O形式共存,载体影响铜物种的分散性和氧化态,影响催化剂酸性、氧化还原性和对反应物的吸脱附能力。Cu/HZSM-5催化剂,铜物种分散度高,氧化还原性能好,具有适宜的酸性和酸量,对反应物有良好的吸附-脱附性能,在NH_3-SCR脱硝反应中具有较好的催化活性,反应温度低,T_(50)和T_(90)分别为137和165℃,活性窗口温度宽,NO转化率高于90%的温度为165-358℃。