新型甲烷无氧芳构化催化剂MoO3/MCM-49

自Ｂｅｎｎｅｔｔ[1]等合成出新型分子筛ＭＣＭ 4 9以来 ,有关其结构及性质研究的报道相对较少 .Ｂｅｎ ｎｅｔｔ[1]指出 ,ＭＣＭ 4 9在一些特殊的催化反应上表现出了比ＭＣＭ 2 2更高的活性 (如在丙烯无氧芳构化反应中 ,ＭＣＭ 4 9上丙烯的转化率为 7 1 6% ,远大于ＭＣＭ 2 2的 2 64% ) .ＭＣＭ 4 9的发现时间较晚 ,且合成相对困难 ,在一定程度上限制了对其性质的进一步研究 .对甲烷无氧芳构化催化反应的研究发现 ,酸性适当且具有交叉十元环孔道体系的分子筛载体表现出了较高的催化活性 .ＭＣＭ 4 9与ＭＣＭ 2 2均具有两套互不相通的交叉…     

Mo／MCM－49催化剂上甲烷的脱氢芳构化反应

In recent years, the catalytic dehydroaromatization of methane to benzene has been a challenging and intriguing research subject in heterogeneous catalysis and natural gas chemical industry. Since the first report on non-oxidative conversion of methane to benzene on Mo/HZSM-5[1], many attractive studies regarding the development of new catalyst, the catalyst characterization[2～4], the reaction mechanism and the bifunctional role of Mo carbide and HZSM-5 have been reported. However, Mo/HZSM-5 catalyst was thought to have the best catalytic performance for CH4 dehydroaromatization to benzene. Recently, another kind of zeolite, MCM-22, was found to be a promising catalyst support for formation of benzene from methane[5]. Xu et al[6] studied the catalytic performance of MoO3/MCM-49 for this reaction without accounting for coke formation. In this paper, we present MCM-49 as a support, and the catalyst Mo/MCM-49 shows high ratio of benzene to aromatics in selective dehydroaromatization of methane.     

Co改性Mo/MCM-22催化剂上甲烷无氧芳构化及积炭研究

 研究了Co的添加对Mo／MCM－22催化剂甲烷无氧芳构化反应性能的影响．发现用共浸渍法制备的Co／Mo摩尔比为0．2的催化剂具有较高的活性,而先浸渍Mo后浸渍Co的催化剂具有较好的稳定性．XRD实验表明,Co及Mo的氧化物均高度分散在分子筛表面,其担载降低了分子筛的衍射强度．不同接触时间下催化剂的反应结果表明,接触时间长,积炭选择性随接触时间增加而迅速增加;接触时间短,积炭选择性随接触时间增加而减少．积炭催化剂的TG研究表明,催化剂上的积炭主要有两种形式．低温积炭随反应时间增加而迅速增多,高温积炭的变化则较为缓慢．低温积炭可能是导致催化剂活化和失活的主要原因．高温积炭可能是一种大分子量的碳氢物种,位于MCM－22分子筛的“超笼”中,表明MCM－22有较大的容积炭能力．     

MoO3／HBZSM—5催化剂上甲烷的无氧芳构化反应

以含硼杂原子分子筛ＨＢＺＳＭ－５为载体,考察了其担载ＭｏＯ３后催化甲烷无氧芳构化反应的性能,并结合ＸＲＤ,ＩＲ,ＴＧ和ＳＥＭ等手段对催化剂进行了表征。实验结果表明,ＭｏＯ３／ＨＢＺＳＭ－５催化剂具有较高的甲烷芳构化活性,但稳定性较差,随着引入分子筛骨架中硼量的增大,甲烷的极值转化率增高;随着反应温度的升高,ＭｏＯ３／ＨＢＺＳＭ－５催化剂的甲烷芳构化活性升高。从产物分布的变化来看,硼的引入对于催化剂     

MoO3纳米带修饰MCM-22催化甲烷无氧芳构化反应

利用天然气生产芳烃是一个有吸引力的课题,这个过程需要具有高性能活性位点的催化剂,以活化稳定的碳氢键．在甲烷直接转化方法中,将甲烷无氧脱氢芳构化(MDA)转化为高附加值芳烃(如苯、甲苯和萘)是甲烷增值的有效途径．本研究采用MoO₃纳米带作为Mo源,微孔分子筛MCM-22作为载体制备双功能Mo基催化剂,结果表明MoO₃纳米带高度分散在分子筛内部,与分子筛中Br?nsted酸中心结合形成有效活性中心,改善了甲烷无氧脱氢芳构化反应的催化活性,提高了催化剂的稳定性．在甲烷无氧脱氢芳构化反应测试中,当MoO₃纳米带的负载量质量分数为6%时,N-Mo-HMCM-22催化剂催化的甲烷转化率达到14.1%,苯产率可达8.2%．本研究为合成高性能、稳定的MDA催化剂提供了一种更为简易的策略．     

负载型钼基催化剂上甲烷,乙烷无氧芳构化反应研究

研究了不同载体钼基催化剂上甲烷，乙烷的无氧芳构化反应。在所采用的载体中，ＨＺＳＭ－５具有最佳性能，对甲烷的芳构化反应，Ｍｏ／ＨＺＳＭ－５催化剂表现出较高的活性和芳烃选择性；而Ｍｏ／Ａｌ２Ｏ３或Ｍｏ／ＳｉＯ２催化剂则相对较差。对于乙烷的反应，钼物种的存在更有利于甲烷或乙烯的生成，芳烃选择性相对较低。钼物种较强的断键能力可能是使甲烷Ｃ－Ｈ键活化的原因。     

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.     

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。     

Mo基分子筛催化剂及甲烷无氧芳构化

本文综述了甲烷无氧芳构化反应及Mo基分子筛催化剂的研究进展。在众多的催化剂中以Mo基分子筛催化性能最佳。概括了催化剂中关于MoO_<em>x前躯体结构和其在分子筛中落位,Mo₂C物种和诱导期等;讨论了反应中涉及的中间产物、双功能机理以及催化剂失活等问题;归纳了催化剂制备过程中制备方法、焙烧温度与时间、Mo载量和分子筛硅铝比以及催化剂预处理对反应活性的影响;综述了提高催化剂催化性能和反应性能的各种方法,并对其分析,同时介绍了两种催化剂再生方法。最后,依据本实验室研究进展,对甲烷芳构化从工艺角度进行一些可行性讨论,并提出相关问题和展望。     

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.     

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.     

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.     

在反应温度下以1％O2对Mo／MCM－22催化剂的原位再生

In recent years, the catalytic dehydroaromatization of methane to yield aromatics has been a challenging and intriguing topic in heterogeneous catalysis. Until now, the two effective methane dehydroaromatization catalysts are Mo/HZSM-5[1] and Mo/MCM-22[2]. However, this reaction suffers from rapid catalyst deactivation due to coking[3].     

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.     

钼源对钼基催化剂芳构化性能的影响

 采用乙酸回流MoO3的方法制备了MoAC, 以其为钼源分别制备了Mo/HMCM-22, Mo/HMCM-49和Mo/HZSM-5催化剂,并考察了各催化剂在甲烷无氧芳构化反应中的催化性能. 结果表明,以MWW型分子筛(HMCM-22和HMCM-49)为载体时,催化剂的芳烃收率和催化剂稳定性均比传统浸渍法制备的催化剂明显提高; 而以HZSM-5为载体时,催化剂的甲烷无氧芳构化活性无明显变化.     

In改性Mo/HZSM-S催化剂上的甲烷芳构化反应性能

Dehydrogenation and aromatization of methane over Mo/HZSM-5 catalyst without adding oxygen were widely studied［1～3］. However, the existing problem of this route is the low yield of aromatics, owing to the high stability of methane. Recently, the introduction of the second metal species was believed to be a promising route to improve non-oxidative transformation of methane over Mo/HZSM-5 catalyst[4-7].     

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).     

Confined Carbon Mediating Dehydroaromatization of Methane over Mo/ZSM‐5

Non‐oxidative dehydroaromatization of methane (MDA) is a promising catalytic process for direct valorization of natural gas to liquid hydrocarbons. The application of this reaction in practical technology is hindered by a lack of understanding about the mechanism and nature of the active sites in benchmark zeolite‐based Mo/ZSM‐5 catalysts, which precludes the solution of problems such as rapid catalyst deactivation. By applying spectroscopy and microscopy, it is shown that the active centers in Mo/ZSM‐5 are partially reduced single‐atom Mo sites stabilized by the zeolite framework. By combining a pulse reaction technique with isotope labeling of methane, MDA is shown to be governed by a hydrocarbon pool mechanism in which benzene is derived from secondary reactions of confined polyaromatic carbon species with the initial products of methane activation.