Methane aromatization in the absence of oxygen over extruded and molded MoO_3/ZSM-5 catalysts:Influences of binder and molding method

The influences of binder and molding method on the catalytic performance of methane aromatization in the absence of O2 over MoO3/ZSM-5 catalysts were investigated.SEM,NH3-TPD,FT-IR of adsorbed pyridine,N2 adsorption-desorption,cyclohexane adsorption and XPS were employed to characterize the physical and chemical properties of the catalysts.It was found that SiO2 was a suitable binder for the catalyst due to its appropriate weak acidity.The laminar catalyst comprising of an inert spherical core and a MoO3/ZSM-5 laminar shell with 0.1 0.2 mm in thickness showed a better catalytic performance than the extruded catalyst.The improved activity of the laminar catalyst could be attributed to the easy carbonization of Mo species and the quick removal of reaction products from the catalyst surface.     

不同载体成型的 Mo/ZSM-5 催化剂上甲烷无氧芳构化反应

 以不同氧化物为载体, 通过挤条成型法制备了 Mo/ZSM-5 催化剂, 考察了其催化甲烷无氧芳构化反应性能. 采用吸附吡啶红外光谱、氨程序升温脱附和氢程序升温还原等方法对催化剂进行了表征. 结果表明, ZnO 的添加使催化剂的强酸量减少, 强 B 酸比例降低, Mo 物种还原能力提高, 因而催化剂表现出较高的甲烷芳构化活性和较低的积炭选择性.     

分子筛性质对Mo／HZSM－5催化剂上甲烷无氧脱氢芳构化反应的影响

 通过改变合成条件与合成体系，考察了不同硅源合成的HZSM－5分子筛对Mo／HZSM－5催化剂上甲烷无氧脱氢芳构化反应性能的影响．结果表明，用水玻璃合成的HZSM－5分子筛负载Mo后，其催化性能优于用硅溶胶合成的分子筛．1HMASNMR测定结果表明，前者的Br¨onsted酸 浓度较后者大．通过改变合成条件，减小HZSM－5分子筛的粒度，可以提高催化剂在甲烷无氧脱氢芳构化反应中的稳定性．     

不同方法制备的Mo/HZSM-5催化剂上甲烷的芳构化反应

 采用机械混合、机械混合后焙烧和机械混合后微波处理等方法制备Mo／HZSM－5催化剂,并对催化剂上甲烷芳构化反应性能进行了考察．结果表明,与浸渍法相比,用机械混合法、固相反应法和微波法制备的催化剂,在保持甲烷转化率不变的前提下,能明显提高芳烃选择性并减少积炭的生成;不同方法制备的Mo／HZSM－5催化剂上Mo物种的落位不同,机械混合法、固相反应法和微波法使Mo物种较多地落位于分子筛外表面．结合反应结果可以得出,落位于分子筛外表面的Mo物种对甲烷芳构化反应更为有利,而且明显减少积炭的生成．     

Methane to Liquid Hydrocarbons over Tungsten-ZSM-5 and Tungsten Loaded Cu/ZSM-5 Catalysts

Metal containing ZSM-5 can produce higher hydrocarbons in methane oxidation. Many researchers have studied the applicability of HZSM-5 and modify ZSM-5 for methane conversion to liquid hydrocarbons, but their research results still lead to low conversion, low selectivity and low heat resistance. The modified HZSM-5, by loading with tungsten (W), could enhance its heat resistant performance, and the high reaction temperature (800℃) did not lead to a loss of the W component by sublimation. The loading of HZSM-5 with tungsten and copper (Cu) resulted in an increment in the methane conversion as well as CO2 and C5 selectivities. In contrast, CO, C2-3 and H2O selectivities were reduced. The process of converting methane to liquid hydrocarbons (C5 ) was dependent on the metal surface area and the acidity of the zeolite. High methane conversion and C5 selectivity, and low H2O selectivity are obtained over W/3.0Cu/HZSM.     

金属氧化物和硅沉积改性 ZnO/SiO2/ZSM-5的甲醇择形芳构化反应催化研究

采用真空浸渍法对ZSM-5分子筛进行硅沉积和负载金属修饰,制备了复合改性的ZnO/SiO₂/ZSM-5催化剂,并将它应用于甲醇择形芳构化反应中。采用XRD、BET、NH₃-TPD、SEM、TEM等方法对制备的催化剂进行了物化表征。考察硅沉积次数和ZnO负载量对甲醇芳构化反应(MTA)中对二甲苯(PX)的选择性和收率的影响。结果表明,两次硅沉积改性并负载2.0%金属ZnO的ZSM-5分子筛具有较高的PX收率,在优化的反应温度420 ℃、反应压力0.2 MPa、甲醇空速WHSV为1.25 h^-1下,PX收率在28%以上。     

Mg的添加对Mo／ZSM－5催化剂催化甲烷芳构化性能的影响

 通过XRD，N2吸附和吡啶FT－IR等方法考察了Mg的添加对Mo／ZSM－5催化剂物化性质的影响．吡啶FT－IR结果表明，Mo－Mg／ZSM－5催化剂上Lewis酸中心与Br¨onsted酸中心的比值随着Mg添加量的增加而增大．在甲烷芳构化反应中，虽然催化剂上的积碳量随着Mg含量的增加而减少，但只有6％Mo－0．75％Mg／ZSM－5催化剂表现出比6％Mo／ZSM－5催化剂更好的稳定性，6％Mo－2％Mg／ZSM－5和6％Mo－3％Mg／ZSM－5两个催化剂的稳定性均比6％Mo／ZSM－5催化剂差．根据催化剂稳定性与酸性的关系提出，在有足够Br¨onsted酸中心存在的前提下，可以通过调变Lewis酸中心和Br¨onsted酸中心的比值来提高催化剂的稳定性．     

Ga改性ZSM-5分子筛催化丙烷芳构化性能研究

用离子交换法制备Ga改性ZSM-5双功能催化剂,并结合XRD、SEM、BET、NH₃-TPD、Py-IR及ICP、XPS等多种技术进行表征,考察分子筛硅铝比(Si/Al)和催化剂氧化还原预处理条件对分子筛的酸性质、Ga物种的存在状态及其丙烷芳构化催化性能的影响。研究表明,硅铝比不仅可以改变分子筛的酸性,也会影响分子筛中非骨架Ga物种与分子筛表面的相互作用程度,进而影响含Ga分子筛的丙烷芳构化性能。在质量空速1.0 h^-1、反应温度550℃ 下,Si/Al比为30的Ga-HZSM-5分子筛丙烷转化率和芳烃收率最高。Ga物种的引入可以提高丙烷的转化率和芳烃的选择性,并抑制烷烃、烯烃的裂解。H₂还原处理,将分子筛表面Ga₂O₃还原为低价的Ga⁺和GaH⁺₂物种,促进了Ga物种向分子筛微孔迁移;还原-氧化处理后,Ga⁺和GaH⁺₂物种氧化成GaO⁺,占据分子筛孔道离子交换位,显著提高了催化剂的芳构化活性。     

Catalytic Combustion of Methane over High Copper-Loading ZSM-5 Catalysts

Two series of Cu/ZSM-5 catalysts,loading from 5 to 20 wt% CuO,were prepared by the deposition-precipitation and impregnation methods,respectively.The catalysts prepared by the impreg- nation method showed better catalytic performances than those prepared by the deposition-precipitation method and the increase of copper loading favored methane conversion.20Cu(I)/ZSM-5 had the highest activity with T_(90%)of 746 K,and for 20Cu(D)/ZSM-5,T_(90%)was as high as 804 K.The characteriza- tion of X-ray diffraction(XRD),temperature-programmed reduction(TPR),temperature-programmed desorption(TPD),and X-ray photoelectron spectroscopy(XPS)revealed that the dispersion of cop- per species could be improved by using the deposition-precipitation method instead of the impregnation method,but the fraction of surface CuO,corresponding to active sites for methane oxidation,was larger on 20Cu(I)/ZSM-5 than 20Cu(D)/ZSM-5.The results of Pyridine-Fourier transform infrared spectrum (Py-FT-IR)showed that a majority of Lewis acidity and a minority of Brφnsted acidity were present on Cu/ZSM-5 catalysts.20Cu(I)/ZSM-5 presented more Lewis acid sites.The number of Lewis acid sites changed significantly with preadsorption of oxygen.Adsorption of methane and oxygen on acid sites was observed.The properties of Cu/ZSM-5 catalysts were correlated with the activity for methane oxidation.     

Re/HZSM-5体系上的甲烷无氧芳构化反应

 与Mo／HZSM－5相比，Re／HZSM－5也是较好的甲烷无氧芳构化催\r\n化剂，其初活性较高，但随着反应的进行，催化剂失活的速率较快．通\r\n过NH3－TPD，H2－TPR和MASNMR等手段，对催化剂的酸性和分子筛骨架\r\n铝的变化以及铼物种的还原性能进行了研究．结果表明，催化剂酸性的\r\n在反应中起着重要的作用，但不同铼担载量的催化剂酸性的变化比较复\r\n杂，不同于Mo／HZSM－5体系．总的来看，并不是酸性越强或酸量越多\r\n，催化剂的催化性能就越好；催化剂的酸性和酸量都有一个最佳值．担\r\n载铼物种后，铼物种可与分子筛的骨架铝发生强烈的相互作用，最终导\r\n致骨架脱铝．Re／HZSM－5催化剂具有较高的低温活性，在较低温度下\r\n可被还原性气氛还原，且还原后的活性物种单一．     

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.     

多级结构ZSM-5沸石分子筛的合成及其Mo基催化剂在甲烷无氧脱氢芳构化中的应用

以经盐酸预处理的碳纳米管为第二模板,在不添加其它有机溶剂的情况下,仅通过控制晶化条件,即采用变温水热晶化法合成具有多级结构的ZSM-5分子筛.通过x射线衍射、红外光谱测试、透射电镜和N2吸附对合成的分子筛进行了表征,结果表明,该合成分子筛呈近球形,是由纳米棒自组装形成的具有多级结构的亚微米球.该分子筛改性后用于甲烷无氧脱氢芳构化反应,显示出良好的催化性能,甲烷转化率最初达到19%,反应至24 h时甲烷转化率仍保持在10%左右,并且保持了较高的芳香物选择性(达到50%以上).     

Mo/ZSM-5 分子筛碳化钼活性中心结构及甲烷活化机理的密度泛函理论研究

 应用密度泛函理论 (DFT) 研究了 Mo/HZSM-5 分子筛上碳化钼活性中心的几何结构和电子结构, 以及甲烷 C–H 键在该活性中心上的活化机理. 设计了两种碳化钼单体模型 Mo(CH2)2/ZSM-5 和 Mo(CH2)2CH3/ZSM-5, 两种碳化钼双体模型 Mo2(CH2)4/ZSM-5 和 Mo2(CH2)5/ZSM-5. 其中单钼模型构建在 ZSM-5 分子筛孔道交叉点 T6 位的 Brönsted 酸位上, 双钼模型构建在 T6---T6 相邻双酸位上. 这些模型中都有 Mo=CH2 键, 结构优化后得到的 Mo–C 键长与实验值吻合. 所有模型的前线分子轨道都在 Mo=CH2 的 π 键上. 甲烷活化过程是发生 C–H 键异裂, H+和 H3C–残基分别进攻 Mo=CH2 键的 C 和 Mo, 使 π 键同时断裂. 在以上 4 种碳化钼模型上, 甲烷 C–H 键活化能都在 106~196 kJ/mol, 且 Mo2(CH2)5/ZSM-5 在甲烷活化过程中显示出最高的催化活性.     

无粘结剂成型的Zn/ZSM-5催化剂上混合碳四烃类芳构化反应性能

制备了无粘结剂成型的Zn/ZSM-5分子筛催化剂,并与机械压片和引入氧化铝或氧化硅粘结剂成型的催化剂相比较,采用N2-物理吸附-脱附、扫描电子显微镜、NH3-程序升温脱附、吡啶吸附红外光谱和X射线光电子能谱等手段对催化剂进行了表征,并评价了催化剂上混合碳四烃类芳构化反应性能.结果表明,相对于机械压片和引入粘结剂成型的催...     

微量氧对MoHZSM-5上甲烷芳构化反应的影响

 研究了微量氧对Mo／HZSM－5沸石上甲烷芳构化反应的影响．结\r\n果表明，氧的浓度存在阈值，当甲烷中氧的浓度低于阈值时，氧的加入\r\n可提高Mo／HZSM－5沸石对甲烷芳构化反应的稳定性；高于此值则发生\r\n甲烷的完全氧化反应．用紫外拉曼光谱和紫外激光诱导荧光光谱对在不\r\n同氧浓度的甲烷中反应后的Mo／HZSM－5样品进行了表征．催化剂上的\r\n积碳量，钼物种的碳化程度以及反应后样品在520～580nm间出现的荧光\r\n谱带峰位都随反应气氛中氧浓度的增加而降低．完全氧化时，钼物种被\r\n氧化为氧化钼，而此时荧光谱带下降到520nm．可以认为，荧光光谱的\r\n变化反映了钼物种的碳化程度，从而可将发生完全氧化反应后Mo／HZS\r\nM－5样品的520nm荧光谱带归属为氧化钼，而580nm附近的谱带可归属为\r\nMoOxCy；加氧时，MoOxCy／HZSM－5是甲烷芳构化反应的活性相．     

富氧条件下 Mn/ZSM-5 选择催化 CH4 还原 NO

 考察了富氧条件下 Mn/ZSM-5 催化剂上 CH₄ 选择催化还原 NO 反应, 并采用 H2程序升温还原、SO2程序升温表面反应和 NO程序升温脱附等手段对催化剂进行了表征. 结果表明, 催化剂活性与制备方法和 Mn 负载量密切相关. 离子交换法制备的 Mn/ZSM-5 催化剂活性明显优于浸渍法制备的催化剂; NO 转化率随着 Mn 负载量的增加而增加, 至 2.06% 时达到最大值 (57.3%), 然后随着 Mn 负载量的增加而降低. 采用离子交换法或较低 Mn 负载量 (≤ 2.06%) 抑制了催化剂中非化学计量的 MnO_x (1.5 < x < 2) 物种的形成, 减缓了 CH₄ 的氧化燃烧反应, 因而 CH₄ 还原 NO 的选择性提高. 在含 SO₂ 体系中, Mn/ZSM-5 活性在 550 ^oC 以下时明显下降, 但在 600 ^oC 以上基本不受影响. 这是由于在 550 ^oC 以下时 SO₂ 在 Mn/ZSM-5 表面形成了稳定的吸附硫物种, 覆盖了部分活性位, 导致催化剂活性降低; 而在 600 ^oC 以上时含硫物种基本脱附完全, 因而对催化剂活性影响不大.     

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.     

Methane dehydro-aromatization over Mo/HZSM-5 catalysts in the absence of oxygen: Effect of steam-treatment on catalyst stability

The effect of steam-treatment to HZSM-5 zeolite and Mo/HZSM-5 with a steaming time range of 0.5-1 h on the catalytic performance of methane dehydro-aromatization (MDA) over Mo/HZSM-5 catalyst prepared with impregnation has been studied in detail in combination with the characterization of 1H MAS NMR technique. Both the deactivation rate constant (kd) and the Brnsted acid sites per unit cell were calculated to quantitatively evaluate the stability of Mo/HZSM-5 catalysts treated with steam at 813 K before and after impregnation of molybdenum species, and the corresponding variation of their Brnsted acid sites. The results reveal that a V-shape relationship between kd and the number of B1 acid sites per unit cell is presented on Mo/HZSM-5 catalyst under the tested steam-treatment and reaction conditions.     

Pt／ZSM—5吸附与催化性能的研究

本文研究了氨和正已烷在Ｐｔ／ＺＳＭ－５上的吸附性能并考察了Ｐｔ含量和焙烧温度对正已烷芳构化性能的影响。结果表明，Ｐｔ含量和焙烧温度对吸附和催化性能有影响。Ｐｔ与分子筛的酸中心对芳构化均有作用。