低温水热处理对HZSM-5沸石结构和催化性能的影响

用XRD,IR,XPS,程序升温脱附(TPD)、低温氮吸附、TG积炭反应和常压脉冲与连续流动微反色谱装置研究了低温(573～823K)水热处理 HZSM-5沸石的结构和表面性质的变化,考察了沸石催化剂活性和稳定性的变化规律。结果表明,经低温水热处理后,HZSM-5沸石的结构没有大的改变,XPS结果表明在723K出现脱铝作用,在773K以上晶胞体积略有收缩,但未出现晶体对称性变化,NH_3-TPD和IR数据表明随水热处理温度提高,表面总酸减少,强酸中心呈线性下降,水热处理使表面B酸中心数大幅度减少,正己烷、庚烯和甲醇的转化反应表明673K处理的沸石具有最高催化活性,产物中芳烃和C_(5+)脂肪烃选择性均呈现最大值和最小值,沸石催化活性增大现象出现在沸石脱铝作用之前,此时表面B,L酸中心数接近相等,高于673K处理使催化剂稳定性显著增加。     

带压水热处理对HZSM-5沸石结构和性质的影响

利用ＸＲＤ，＾２７ＡｌＭＡＳＮＭＲ，ＮＨ３－ＴＰＤ吡啶吸附ＩＲ等技术考察了带压水热处理温度对直接法ＨＺＳＭ－５沸石骨架铝的迁脱和表面酸性质的影响规律，实验发现，随着水处理温度的升高，沸石骨架铝的迁脱量增加，在带压水热处理条件（４００－６００℃）下，直接法ＨＺＳＭ－５的骨架结构稳定，其架铝不能迁脱，对ＨＺＳＭ－５（３８），于５００℃，和水蒸气压力为１．０ＭＰａ条件下热处理１２ｈ后，只能使３０．０％的     

水热处理对纳米HZSM-5分子筛酸性及催化甲醇制丙烯反应性能的影响

对纳米HZSM-5分子筛进行水热处理,利用N2吸附-脱附、X射线衍射(XRD)、铝固体核磁共振(27AlMASNMR)、氨-程序升温脱附(NH3-TPD)和吡啶吸附傅立叶变换红外(FT-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,并在常压、500℃和甲醇质量空速(WHSV)为1.0h-1的反应条件下,在连续流动微型固定床反应器上考察了其催化甲醇转化制丙烯反应的性能.结果表明,适度的水热处理使纳米HZSM-5分子筛骨架脱铝并经柠檬酸洗涤而除去,酸量减少,酸强度降低,孔容和孔径增大,从而使丙烯的选择性和维持甲醇完全转化的反应时间(即催化剂寿命)分别由改性前的30.1%和75h显著提高至38.9%和160h.但过高温度的水热处理使纳米HZSM-5分子筛的酸性明显减弱,强酸中心几乎完全消失,故使丙烯的选择性和催化剂的稳定性反而大大降低.     

碱金属离子改性对纳米HZSM-5沸石丁烯裂解催化性能的影响

利用NH3-TPD表征和小型固定床反应评价研究了不同碱金属离子浸渍改性对纳米HZSM-5沸石的酸度及混合碳四液化气中丁烯催化裂解性能的影响。结果表明,尽管锂、钠、钾改性在达到最佳乙烯和丙烯选择性时对应的负载量不同,但其最佳乙烯和丙烯选择性为50％～60％。碱金属离子改性催化剂在连续运转过程中其催化活性缓慢下降,但乙烯和...     

热处理对HZSM-5结构、酸性及催化乙醇脱水反应性能的影响

对商用HZSM-5分子筛进行高温热处理,利用X射线衍射(XRD)、核磁共振波谱法(²⁷Al-MAS NMR)低温氮吸附、电感耦和等离子体放射光谱(ICP-AES)、氨-程序升温脱附(NH₃-TPD)和吡啶吸附傅里叶变换红外(FT-IR)光谱等技术对高温热处理改性前后样品进行了表征,并考察了高温热处理对分子筛的结构、酸性及催化乙醇脱水制乙烯反应性能的影响。结果表明,热处理改性后的HZSM-5分子筛发生骨架脱铝,B酸减少,L酸增多,孔容增大,出现新的介孔;适中的酸性位和复合型的介-微双孔道结构使其减少了反应中的副反应,乙烯的选择性得到提高,催化剂寿命显著提高。     

Sb2O3对HZSM-5型沸石表面性质影响的ESCA研究

借助ESCA技术,研究了Sb_2O_3对HZSM-5型沸石表面性质的影响。发现在焙烧过程中,在表面区间有一部分Al_2O_3形成了离析相。Si元素也呈现多种状态,Si峰的最大分裂达到4eV,接近于元素Si与SiO_2之间所曾见的分裂,与沸石吸附了强还原性气体吡啶(在150℃)的结果也相仿。鉴于主体检测技术(如X射线衍射方法等)从未观察到SiO_2还原为Si°,显然这种情况只可能发生于沸石表面层。很可能在焙烧过程中,Sb_2O_3作用于HZSM-5沸石,并改变了沸石的表面结构与表面化学性质(例如,表面酸性),从而强烈地变更了某种工作条件下焙烧产物(即样品)的催化性质,并使得在该催化剂上烃类能够高选择性地转变为对二甲苯。我们认为在HZSM-5型沸石微晶表面进行的烃类转化过程,其选择性主要由整个反应体系(即反应物、产物与催化剂)界面的化学特性所决定,而不只是由“分子筛效应”的几何因素所决定。我们可能通过某些改性剂适当地变更沸石的表面化学性质,以获得较为优异的选择性能。     

HZSM-5沸石催化剂酸性质和催化性能的研究 Ⅱ.高温水蒸汽处理的影响

用程序升温脱附(TPD)和红外光谱(IR)表征了经高温水蒸汽处理的HZSM-5沸石催化剂的酸性,并且考察了用于正己烷等烃类裂化反应的活性和选择性。实验结果表明,高温水蒸汽处理对催化剂的活性是不利的,如用700℃水蒸汽处理后,转化率降至10%左右。随着处理温度的升高酸性下降,处理温度在500—600℃、处理时间4—6h 时对程脱量和吸附氨中心数影响较为明显,而且对强酸部位的影响比弱酸部位更显著。文中讨论了发生裂化反应的可能的表面酸性部位。     

水热处理对纳米HZSM－5沸石酸性质及其降低汽油烯烃性能的影响

 采用水蒸气和碱性氨水蒸气在500℃下对纳米HZSM－5沸石催化剂进行了水热处理改性，并用XRD，IR，NH3－TPD和XRF对催化剂进行了表征．以降低FCC汽油（≤70℃馏分）烯烃含量为探针反应，考察了不同水热处理介质对催化剂酸性质和催化性能的影响．结果表明，经不同介质水热处理后，纳米HZSM－5沸石中约10％的Al2O3被脱除，总酸量降低，导致积炭失活的强酸中心明显减少；不同水热处理介质对催化剂的总酸量没有明显影响，而对酸中心类型分布的影响较大．水热处理改性使催化剂活性的稳定性明显改善，初始活性降低．同时，水热处理改性降低了催化剂对芳构化反应的催化活性，提高了对异构化反应的催化活性．采用氨水（0．5mol／L）蒸气处理的纳米HZSM－5催化剂其降烯烃催化活性更为稳定．在给定的反应条件下，FCC汽油的烯烃含量（φ）由65．9％降低到约26％，产物中烯烃、芳烃（主要是C7～C9芳烃）和烷烃含量分别保持在25％，19％和55％左右，辛烷值基本不变．     

酯化反应中 HZSM-5的催化性能——Ⅰ.焙烧温度对HZSM-5催化性能的影响

采用固定床反应器,考察了焙烧温度对HZSM-5酯化活性、选择性及稳定性的影响。实验结果表明,在实验条件下,部分正丁醇在HZSM-5上脱水生成丁烯,但乙醇不生成乙烯。三种丁烯异构体的生成说明在HZSM-5上的脱水是按正碳离子的机理进行的。稳定性的实验结果表明,丁烯的聚合结焦主要是在强酸中心上进行的。在不同温度焙烧的HZSM-5上酯化反应表明,酯化反应既可以在B 酸中心上进行,亦可以在L 酸中心上进行;而乙醚、正丁醚和丁烯主要是在B 酸中心上产生的。     

高温水蒸汽处理对HZSM-5分子筛表面性质的影响

本文对直接法合成并经不同条件水蒸汽处理的HZSM-5分子筛进行了粉末X-射线衍射分析和红外光谱(IR)、程序升温脱附(TPD)的考察.结果表明:水蒸汽处理的温度、时间及环境中的水含量是影响HZSM-5结构和表面酸性的三个重要因素.对水蒸汽影响酸性变化的规律也进行了研究和讨论.     

NaOH含量对HZSM-5分子筛性质及其催化甲缩醛气相羰基化性能的影响

通过调变合成过程中NaOH的含量,制备了一系列HZSM-5分子筛,并对其催化甲缩醛(DMM)气相羰基化合成甲氧基乙酸甲脂(MMAc)反应性能进行了详细考察。结果表明,本合成体系中,NaOH含量为0.8%(质量分数)时,ZSM-5分子筛表现出最佳的催化活性。BET、~(27)Al NMR、NH_3-TPD、Py-FTIR等多种表征结果证实NaOH含量的改变可有效调变分子筛孔道中介孔孔容及中强Br?nsted酸(B酸)位点的分布,两者是影响分子筛催化活性的主要因素。中强B酸位点增加,原料DMM反应加剧,转化率提高;介孔孔容增大,产物扩散途径缩短,孔道限域效应减弱,副反应被抑制, MMAc选择性增加。进一步采用密度泛函理论对DMM与HZSM-5分子筛作用过程进行了初步探索,发现反应过程中将首先形成甲氧基甲基(ZOCH_2OCH_3)中间物种,在此基础上,提出了DMM羰基化生成MMAc的可能机制。     

沸石的表面酸性与催化性质

本文用量热滴定法和脉冲色谱法分别测定了三种沸石HY,HM,HZSM-5的酸度、酸强度分布及其裂化、异构化活性和选择性。从而探索了沸石的酸性和其催化性质之间的联系。     

超细HZSM-5沸石催化烃类芳构化反应的研究

非临氢条件下用固定床反应器研究了环己烷、辛烯-1及正辛烷在超细HZSM-5上的芳构化反应，并与微米HZSM-5作了比较。结果表明，在三种反应物中，辛烯-1反应活性最高，正辛烷次之。环己烷最低，不同反应物在两种晶粒度的HZSM-5上生成的芳烃分布大致相同，超细HZSM-5对原料的转化率、芳构化率以及自身的活性稳定性均明显高于微米沸石，在相同反应条件下超细沸石的积炭量低于微米沸石。     

水热处理Zn/HZSM-5催化剂对丙烷芳构化反应的影响

考察了水热处理对Ｚｎ／ＨＺＳＭ－５催化剂丙烷芳构化反应的影响,并采用ＦＴ－ＩＲ手段,研究了处理温度对催化剂表面酸性的影响,结果表明,随着水热处理温度的升高,单位晶胞中的Ｂ酸中心数减少,而上酸中心数增加,丙烷的转化率和芳烃选择性升高,水热处理温度为４００℃时达到最大值,此时催化剂的脱氢中心Ｚｎ＾２＋与聚合,环化的Ｂ酸中心为最佳匹配状态,随着处理温度的进一步升高、Ｂ酸中心数显著下降,丙烷的转化率和芳烃     

焙烧温度对镧改性HZSM-5表面性质及乙醇脱水制乙烯反应性能的影响

采用浸渍法将稀土金属La负载在HZSM-5分子筛上,考察了在450~600℃范围内焙烧温度对La改性HZSM-5(La/HZSM-5)表面性质及催化乙醇脱水制乙烯性能的影响。X射线衍射和N2吸附-脱附分析分别表明焙烧温度对La/HZSM-5的晶体结构和孔结构影响不大,而NH3程序升温脱附测试则表明随着焙烧温度的升高La/HZSM-5的表面酸量和酸强度均有明显下降的趋势,相应的催化性能测试表明催化剂的活性和寿命也随之下降,这可归结于不同焙烧温度下La物种形态差异的结果。以450℃下焙烧制备的3%La/HZSM-5为优选催化剂,在最佳的反应条件下,其单程使用寿命可达108天。     

改性HZSM-5的表面性质及其对烯烃的吸附作用

用红外光谱法表征了不同的改性HZSM-5的OH基、酸性本质、改性剂的状态及其与沸石担之间的相互作用,着重考察了烯烃(尤其是乙烯)在不同改性的HZSM-5上的吸附及其与酸性本质的关联,提出了其吸附过程及吸附态模型。     

HZSM-5沸石孔口改性及其择形分离性能

采用Si(OCH~3)~4化学气相沉积方法精细调变HZSM-5孔径,焙烧后在沸石外表面上沉积一薄层氧化硅,使沸石孔口有控制地被缩小。制备了一系列氧化硅沉积量不同的SiHZSM-5沸石,并用红外光谱,NH~3-TPD和吸附方法对其进行表征,结果表明沸石骨架结构,内孔孔容和内表面性质基本不变。测定了SiHZSM-5沸石对于二甲苯和甲酚异构体的择形吸附性能,发现在沉积量适当的SiHZSM-5沸石上能够成功地实现对二甲苯和对甲酚的择形选择吸附分离,因为复合孔口缩小后将大的间位异构体排除在外,而沸石总吸附容量仍保持较高水平。     

CF-2沸石的表面酸性及催化性能

CF-2是一种新型的高硅沸石。1981年我们实验室首先在二乙醇胺-甘油-Na₂O-SiO₂-Al₂O₃-H₂O体系中制备成功^[1],以后才见到关于Theta-1^[2],ISI-1^[3],KZ-2^[4],NO-10^[5]和ZSM-22^[6]沸石的报道。     

磷改性纳米HZSM-5沸石水热稳定性及其对全馏分FCC汽油烯烃组分催化裂解反应的性能

水热稳定性是决定沸石分子筛工业应用价值的重要影响因素.众所周知,沸石材料的水热稳定性主要受其拓扑机构及骨架硅铝组成的影响,但同时也受其晶粒尺寸的影响.纳米级HZSM-5沸石虽然具有优异的催化性能及抗积碳失活性能,但由于晶粒尺寸较小,导致其水热稳定性较差.如何提高纳米HZSM-5沸石的水热稳定性,使其能够在高苛刻度的水热环境下(如催化裂化过程,催化剂再生需在高于700℃的水热条件下进行)得到应用,是十分有意义的课题.已有研究表明,磷改性可以提高ZSM-5沸石的水热稳定性,但多集中于采用磷酸、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵等无机磷化物进行改性,水热稳定性提高效果不能令人满意.我们研究组采用有机磷化合物磷酸三甲酯改性纳米HZSM-5沸石,在提高纳米HZSM-5沸石水热稳定性方面取得了较好的效果.采用X射线衍射(XRD)、氨气程序升温脱附(NH3-TPD)、氮气物理吸附、氨气吸附红外光谱等手段对改性沸石进行了表征.结果表明,采用磷酸三甲酯改性的纳米HZSM-5沸石水热稳定性得到明显提高,沸石经苛刻的高温水蒸气处理(800℃,4 h)后,在相对结晶度、孔结构、酸度的保留度方面具有较大提高,提高幅度明显高于无机磷化合物磷酸氢二铵改性的纳米HZSM-5沸石.在上述研究基础上,我们采用固定床微反模拟流化床反应条件对磷改性纳米HZSM-5沸石上全馏分FCC汽油烯烃组分催化裂解反应进行了研究.结果表明,在反应温度540℃,剂/油比等于4,油剂接触时间约为4 s的条件下,全馏分FCC汽油在磷改性纳米HZSM-5沸石上经烯烃组分催化裂解反应后,油品烯烃含量(尤其是重烯烃)明显降低,生成了大量高附加值的C2–C4烯烃,同时油品中芳烃含量增加.与此同时,经烯烃组分裂解后的油品还呈现出辛烷值升高,硫含量降低的有利变化.可以看出,磷改性纳米HZSM-5沸石上全馏分FCC汽油烯烃组分催化裂解是解决FCC汽油烯烃含量高的一条有效途径,充分克服了现有FCC汽油加工工艺存在的一些缺陷,如S-zorb工艺功能单一、成本高;加氢脱硫工艺油品辛烷值损失大、氢耗高;以及OTA技术(本研究组之前的工作)烯烃转化率低、催化剂积碳失活快等缺陷.值得注意的是,磷酸三甲酯改性的纳米HZSM-5沸石在全馏分FCC汽油烯烃组分催化裂解反应性能方面,明显比磷酸二氢铵改性的纳米HZSM-5沸石表现优异.通过我们的研究可以认为,磷酸三甲酯改性将会为纳米HZSM-5沸石在高苛刻度水热条件下的应用提供更多的机会.