A New Way to Obtain Mo/HZSM-5 Catalyst with High Activity and Selectivity for Methane Dehydro-aromatization 一种制备高活性和高稳定性甲烷无氧芳构化Mo/HZSM-5的新方法

 采用气相化学沉积法对HZSM-5分子筛的外表面进行选择性修饰,然后将它作为载体制备Mo/HZSM-5 催化剂,并应用于甲烷无氧脱氢芳构化反应. 改性的催化剂比未改性的催化剂表现出更好的甲烷转化活性、芳烃选择性和稳定性,明显地抑制了积碳的生成. 利用核磁氢谱对催化剂进行了表征. 在未经改性的Mo/HZSM-5催化剂表面,平均每个晶胞中含有1.12个B酸中心, 而在改性后的催化剂表面,平均每个晶胞中只有0.61个B酸位. 说明在甲烷无氧芳构化反应中,少量的B酸中心即可达到反应要求,过多的酸性位只会导致更多积碳物种的生成,从而加快催化剂失活速度,降低其稳定性.     

一种获得高活性和高稳定性甲烷无氧芳构化Mo/HZSM-5催化剂的前处理方法

 利用氢气在较低温度(623 K)下对6%Mo/HZSM-5催化剂进行预处理,考察了经低温还原预处理的催化剂在甲烷无氧芳构化反应中的催化性能. 结果表明,经过预处理的催化剂比未经预处理的催化剂表现出更好的甲烷转化活性和稳定性. 1H MAS NMR和EPR表征结果表明,在623 K氢气气氛中对Mo/HZSM-5催化剂进行预处理不会造成Mo物种在分子筛外表面的进一步分散,也不会导致外表面的Mo物种向孔道内迁移. 但是,低温还原预处理可以有效地促进Mo物种由易还原的六方密堆积结构向难还原的面心立方结构转化,后者在反应中具有更好的活性和稳定性.     

乙烷添加对 Mo/HZSM-5 催化剂上甲烷芳构化反应的影响

 研究了乙烷添加对 Mo/HZSM-5 催化剂上甲烷芳构化反应性能的影响. 在所考察的反应条件下, 未观察到乙烷添加对甲烷转化的促进作用, 乙烷本身反而生成甲烷, 同时导致更高的积炭生成速率, 使 Mo/HZSM-5 催化剂更快地失活. 但添加乙烷加速了钼活性中心的形成, 缩短了芳构化反应的诱导期, 使苯的生成提前.     

分子筛的酸处理对Mo/HZSM-5催化甲烷无氧芳构化反应性能的影响

 采用HNO3溶液对HZSM-5分子筛进行预处理,并以处理后的分子筛为载体制备了Mo/HZSM-5 催化剂. 结果表明,改性的Mo/HZSM-5催化剂在甲烷无氧脱氢芳构化反应中表现出很好的稳定性,显著地抑制了积炭物种在催化剂表面的形成. SEM,XRD和1H MAS NMR等表征结果表明,酸处理在一定程度上降低了HZSM-5分子筛的结晶度,使部分Al物种脱离骨架结构,迁移到骨架外形成新的表面Al羟基,从而使HZSM-5分子筛上B酸中心的数目明显减少. 未经改性的Mo/HZSM-5催化剂表面,平均每个晶胞中有1.12个B酸位,而改性的Mo/HZSM-5催化剂表面,平均每个晶胞中仅有0.88个B酸位. 这表明过多的酸性位存留在催化剂上会引起积炭的生成,降低催化剂的稳定性.     

甲烷无氧芳构化反应催化剂Mo/HZSM-5的H2-TPR研究

 采用H2-TPR技术研究了不同方法制备的Mo/HZSM-5催化剂,并借助 1H MAS NMR等表征手段对Mo/HZSM-5催化剂还原过程中可能出现的6个TPR谱峰进行了详细归属,首次指认了分布于分子筛孔道内并与B酸性位相互作用的Mo物种的还原峰. 此外,还考察了各种Mo基催化剂在甲烷无氧芳构化反应中的催化性能. 结果表明,与B酸中心相互作用的Mo物种比其他形式的Mo物种具有更好的活性和稳定性.     

甲烷无氧脱氢芳构化催化剂Mo/HZSM-5的研究

催化剂Ｍｏ／ＨＺＳＭ－５在甲烷地氧脱氢芳构化反应中表现出很高的活性，用ＸＲＤ，ＢＥＴ经表面，ＮＨ３－ＴＰＤ及ＴＰＲ等手段，对不抽提前后催化剂上的活性ｏ的种进行了研究，ＸＲＤ结果表明，Ｍｏ物种高度分散于筛表面，随着Ｍｏ担载量的提高，ＢＥＴ比表面积有所下降；但氨水抽提后，比表面积有很大程度的恢复，ＮＨ３－ＴＰＤ结果表明，Ｍｏ物种优先占据分子筛中的强酸位。ＴＰＲ结果显示出有ＭｏＯ３晶相存在的催化剂较易被     

甲烷无氧芳构化反应中Co助剂对Mo／HZSM-5

 甲烷在Co－Mo／HZSM－5催化剂上进行无氧芳构化反应的评价结果表明，Co的添加大大提高了Mo／HZSM－5催化剂在反应过程中的稳定性．BET实验证明，反应后的积炭对Co－Mo／HZSM－5催化剂孔道堵塞的程度较小．对积炭催化剂进行的一系列程序升温表面反应（如TPH，TPCO2和TPO）结果表明，TPO谱上有两个峰温明显不同的烧炭峰，Co的添加明显抑制了高温积炭的生成．H2主要与高温积炭发生反应，这部分积炭是催化剂失活的主要原因；CO2对低温积炭的影响则尤为明显．TEM结果表明，积炭催化剂上存在丝状积炭物种．碳丝不能与H2反应，但能被CO2除去．Co的添加促进了丝状积炭物种的生成，碳丝并不是导致催化剂失活的因素．     

Mo/HZSM-5催化剂载体对甲烷无氧芳构化反应的影响

着重研究了挤条成型的纳米Mo/HZSM-5催化剂在甲烷无氧芳构化反应中的催化性能.结果表明,Al2O3载体的加入减少了催化剂的B酸量,对甲烷无氧芳构化反应不利,导致甲烷转化率降低,并且催化剂积碳严重.通过适量添加SiO2载体,减少Al2O3载体的量,可以使催化剂的B酸量提高,从而可提高甲烷转化率,并且可降低催化剂的积碳量.     

水蒸气存在时Mo/HZSM-5催化剂上的甲烷芳构化反应性能

研究了水蒸气存在条件下Mo/HZSM-5沸石分子筛催化剂上的甲烷芳构化反应行为,发现水蒸气的引入可以明显地降低甲烷芳构化反应的起始温度,从而在较为温和的条件下实现甲烷的活化.适量水蒸气的加入可以在一定程度上改善Mo/HZSM-5催化剂的稳定性,过量水蒸气的引入则会抑制甲烷芳构化反应.在反应温度为973 K时,引入适量的水蒸气对芳构化反应产物的分布没有明显影响在低温条件下的甲烷芳构化反应过程中检测到有乙烯生成,该结果支持了甲烷芳构化反应可能经历了乙烯这一中间产物的机理.实验结果还表明,水蒸气对催化剂上的积炭量没有明显的影响.     

硅烷化处理对Mo/HZSM-5催化剂上甲烷脱氢芳构化活性的影响

 结合催化剂的活性评价及固体高分辨核磁共振谱、X射线光电子能谱和X射线荧光光谱和热重等技术,考察了硅烷化处理对Mo/HZSM-5催化剂上甲烷脱氢芳构化活性的影响. 结果表明,采用大分子有机硅烷对HZSM-5分子筛进行硅烷化处理,除去了分子筛外表面的酸性位,并使分子筛本身发生了脱铝. 硅烷化处理使Mo/HZSM-5催化剂在进行甲烷脱氢芳构化反应时催化剂上总的积碳量明显减少,从而提高了催化剂的活性.     

HZSM-5结晶度和晶粒度对甲烷无氧芳构化催化剂性能的影响

使用高能球磨机通过研磨法制备了Ｍｏ／ＨＺＳＭ－５催化剂，对不同球磨时间下的催化剂结构进行了表征，并考察了其催化甲烷芳构化性能。结果表明，球磨使ＨＺＳＭ－５分子筛的粒度变小，且使Ｍｏ与骨架发生了同晶置换，导致ＺＳＭ－５骨架破坏；球磨时间越长，结晶度越低，其催化甲烷芳构化活性和苯选择性越差。因此，较高的结晶度和较大的晶粒度对甲烷的无氧芳构化反应更有利。     

甘油辅助HZSM-5分子筛的制备及其甲烷无氧芳构化催化性能研究

以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,甘油为辅助剂,在水热条件下合成HZSM-5分子筛。考察甘油添加量、晶化时间对HZSM-5分子筛的晶粒尺寸、相对结晶度和酸性等性质及其甲烷无氧芳构化催化性能的影响。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、氨程序升温脱附(NH₃-TPD)等分析手段对不同条件合成的HZSM-5分子筛样品进行表征。结果表明,在添加一定量的甘油辅助剂的条件下,通过调控晶化时间,可以提升HZSM-5分子筛的相对结晶度,在一定程度上抑制无定型SiO₂的产生,增加其酸量。在甲烷无氧芳构化反应中,甘油辅助合成的HZSM-5分子筛催化剂表现出优良的催化性能,与未添加甘油合成的HZSM-5分子筛催化剂相比,甲烷转化率、苯选择性和芳烃选择性均有较大提高,且具有较强的稳定性与容炭能力。     

Mo/HZSM-5催化剂上甲烷无氧芳构化反应——HZSM-5分子筛脱铝的影响

采用两种不同的脱铝方法对HZSM-5分子筛进行了预处理,并利用MAS NMR和吸附吡啶的FT-IR对分子筛的结构和酸性质进行了表征,考察了分子筛的脱铝程度对Mo基催化剂上甲烷芳构化反应性能的影响.结果表明,HZSM-5分子筛的酸性过强或B酸量不足,均会导致催化剂严重积炭,但积炭成因不同.母体HZSM-5分子筛上的强B酸中心的存在可促使催化剂上反应中间物种深度脱氢,造成催化剂在反应过程中严重积炭.经水热处理的HZSM-5分子筛,骨架铝脱出严重,造成B酸活性中心不足以及部分微孔阻塞,不利于C2中间物种芳构化,导致芳烃选择性显著降低.经高温N2处理的HZSM-5分子筛,骨架铝脱出相对缓和,在消除母体分子筛上强B酸中心的同时,保留了较多的弱B酸中心,既可满足C2中间物种芳构化反应的需要,又可有效抑制催化剂积炭,导致甲烷芳构化反应性能显著改善.     

N掺杂Mo/HZSM-5催化剂制备及对甲烷无氧芳构化催化性能影响

采用三聚氰胺作为N源,N掺杂改性HZSM-5沸石分子筛后负载Mo活性金属组分,制备了一种用于甲烷无氧芳构化反应(MDA)的催化剂.采用XPS、N2吸附-脱附、XRD、H2-TPR、TEM和NH3-TPD对催化剂性质和Mo金属组分状态进行了分析表征,并考察了催化剂的甲烷无氧芳构化反应催化性能.结果表明,HZSM-5经过N...     

甲烷脱氢芳构化Mo/HZSM-5基催化剂表征

利用H2-TPR、XPS、EPR等谱学方法，对Mo／HZSM－5基催化剂的可还原性以及工作态催化剂上钼物种的价态进行了表征研究．结果表明，随着焙烧温度的升高，前驱态催化剂中可还原钢物种在总钼量中所占比率明显下降；工作态催化剂表面存在混合价态的Mo物种：以Mo4 为主，Mo5 为次；673K焙烧制备并经DHAM反应操作的催化剂上检测到Mo5 的EPR讯号相当弱，而973K焙烧制备并经同样反应操作的催化剂，其Mo5 EPR讯号却强得多；酸促进的Mo／HZSM－5基催化剂上高的甲烷转化活性与工作态催化剂表面Mo5 物种的浓度并不存在顺变关系，而与表面酸位（尤其是B酸位）及Mo4 物种的浓度密切相关．     

甲烷脱氢芳构化W/HZSM-5基催化剂的制备

由H2SO4酸化的(NH4)2WO4溶液(pH=2～3)制备的W-H2SO4/HZSM-5催化剂对甲烷脱氢芳构化(DHAM)反应的催化活性比不经酸化的(NH4)2WO4溶液(pH=8～9)制备的W/HZSM-5催化剂高得多.氧化前驱态催化剂的H2-TPR研究表明,W-H2SO4/HZSM-5试样的还原所需温度比W/HZSM-5低得多;前者可还原至较低价态的W物种在负载总W量中所占比例也比后者高得多.H2-TPR及相关体系的EPR和Raman表征结果相互佐证表明,用H2SO4酸化导致负载钨酸铵前驱溶液中一些由共边正八面体配位结构单元(WO6)n-构成的聚钨酸根物种的生成;W-H2SO4/HZSM-5催化剂对DHAM反应催化活性之所以高,主要由于所负载的W前驱物种较大部分是(WO6)n-基的W物种,而非(WO4)2-基W物种;在较低温度下就可被还原,且在DHAM反应条件下有一部分可还原至较低价态W4+的(WO6)n-物种很可能是催化活性位的前驱组成部分.     

硅烷化处理对Moo/HZSM-5催化剂上甲烷脱氢芳构化活性的影响

结合催化剂的活性评价及固体高分辨核磁共振谱、X射线光电子能谱和X射线荧光光谱和热重等技术,考察了硅烷化处理对Mo/HZSM-5催化剂上甲烷脱氢芳构化活性的影响.结果表明,采用大分子有机硅烷对HZSM-5分子筛进行硅烷化处理,除去了分子筛外表面的酸性位,并使分子筛本身发生了脱铝.硅烷化处理使Mo/HZSM-5催化剂在进行甲烷脱氢芳构化反应时催化剂上总的积碳量明显减少,从而提高了催化剂的活性.     

添加Ru的Mo/HZSM-5催化体系上的甲烷无氧脱氢芳构化

研究了在Ｍｏ／ＨＺＳＭ－５催化剂中添加过渡金属阳离子以改变催化剂的反应性能，提高甲烷无氧脱氢芳构化的反应活性和稳定性，在添加第二组分的催化剂中，Ｍｏ－Ｒｕ／ＨＺＳＭ－５具有最佳的反应活性和稳定性，Ｒｕ的加使甲烷的转化率上原来的６％－７％提高以９．８％，采用比表面积及孔分布测定，Ｘ射线衍射，程序升温还原，程序升温氨脱附和差热分析等表征方法研究了Ｍｏ－Ｒｕ／ＨＺＳＭ－５催化剂的物理化学性质，结果表明，     

程序升温技术研究Mo/HZSM-5催化剂上甲烷无氧芳构化反应积炭的化学特性

对经过程序升温表面甲烷无氧芳构化反应(TPSR)后的Mo/HZSM-5催化剂上的积炭进行了程序升温加氢反应(TPH)和程序升温CO₂反应(TPCO₂),并对相应催化剂上的积炭进行了程序升温氧化反应(TPO)和热重(TG)实验.TPH实验及TPCO₂实验表明,H₂主要对高温烧炭峰发生作用.CO₂则可同时对这两种烧炭峰产生影响,对低温峰积炭的影响尤其明显.对不同Mo含量的催化剂进行上述实验的结果表明,Mo担载量的变化及不同的实验过程都会影响催化剂上两种温峰的积炭在总积炭量中所占的比例.由TG实验数据计算出的动力学结果说明,无论是TPH还是TPCO₂实验都可以降低烧炭过程的一级反应起始温度,并减少其活化能.此外,催化剂中Mo担载量的变化也会对开始温度和烧炭活化能产生明显影响.