介孔碳担载的 Co-Mo 和 Ni-Mo 加氢脱硫催化剂

 自制介孔碳 (CMC) 具有比传统活性碳 (AC) 更大的比表面积、孔径和孔体积, 以其为载体, 在浸渍液中加入螯合剂, 采用等量浸渍法制备了 Co-Mo/CMC 和 Ni-Mo/CMC 催化剂, 分别用于模型汽油和柴油加氢脱硫反应. 结果表明, Co-Mo/CMC 和 Ni-Mo/CMC 催化剂具有比 Co-Mo/AC 催化剂更好的织构性质和加氢脱硫活性. 在模型汽油的加氢脱硫反应中, Co-Mo/CMC 催化剂活性比工业催化剂 Co-Mo/Al2O3 高得多; 而在模型柴油的加氢脱硫反应中, Ni-Mo/CMC 催化剂活性也比工业催化剂 FH-98 高得多.     

功能化含磷钼酸介孔硅材料的制备及其在深度氧化脱硫中的应用

随着全球工业的快速发展,化石燃料的消耗量日益增加,从而导致有毒污染物的排放量随之增加.燃料油中的含硫化合物燃烧后会形成SOx.SOx排放到大气中会形成酸雨污染环境.因此,超清洁燃料的生产迫在眉睫.目前主要的脱硫工艺为加氢脱硫(HDS).HDS能够有效脱除燃油中的硫醚、硫醇和二硫化物等含硫化物,但对于芳香族硫化物及其衍生物(如苯并噻吩、二苯并噻吩和4,6-二甲基二苯并噻吩等)的脱除效果较差,而且HDS需要在高温、高压且有合适催化剂存在的条件下进行反应.因此,开发操作简单、反应条件温和、能够高效脱除芳香族硫化物及其衍生物的脱硫工艺已成为目前研究的热点.催化氧化脱硫(CODS)能够在温和条件下高选择性脱除芳香族硫化物及其衍生物,作为HDS的有效补充,在深度脱硫领域的应用得到了广泛认可.目前适用于CODS的催化剂有分子筛、甲酸、过氧化物酶、氧化钼和杂多酸等.其中,含钼(VI)催化剂在CODS中表现出良好的性能,得到了广泛的研究和应用.在CODS中,催化剂载体同样起着重要作用.从实际应用角度出发,无定形二氧化硅在制备过程及经济性方面存在着不可替代的优势.到目前为止,无定形SiO2负载磷钼酸(HPMo)作为CODS催化剂的研究鲜有报道.本课题组以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为介孔模板剂,以正硅酸四乙酯(TEOS)为硅源,通过沉淀法直接合成了功能化含HPMo介孔复合材料HPMo-SiO2.采用XRD,FT-IR,31P-NMR和XPS等测试手段对所制备的材料进行了表征.结果表明,作为催化活性位点的钼以磷钼酸的形式存在,磷钼酸的Keggen结构在负载过程中没有遭到破坏,并且活性磷钼酸能够均匀分散在二氧化硅载体上.HPMo-SiO2的比表面积为365.0 m2/g,总孔容为1.237 cm3/g,平均孔径为12.91 nm.本文系统研究了模型油脱硫反应条件、催化剂循环使用次数及催化反应动力学.结果表明,HPMo-SiO2具有高效的脱硫活性,在反应温度为55oC,催化剂与模型油质量比为0.7%,反应时间为10 min的条件下,二苯并噻吩(DBT)脱除率可达100%;在反应温度为60oC,催化剂与模型油质量比为1.0%,反应时间为30 min的条件下,苯并噻吩(BT)脱除率可达100%.同等反应条件下,DBT的反应活性大于BT.DBT及BT的氧化脱除反应均符合表观一级动力学模型,且DBT脱除反应的表观活化能小于BT脱除反应.所制备的催化剂经过10次循环使用,DBT脱除率仍可以达到95.2%(BT为95.7%),说明所制备的HPMo-SiO2催化剂具有高活性和强稳定性.通过气质联用及微库仑仪对反应产物进行了分析,结果表明,BT和DBT的氧化产物分别为苯并噻吩砜(BTO2)和二苯并噻吩砜(DBTO2),且氧化产物全部被催化剂吸附,油品中没有含硫化合物的存在,因此不需要后续的氧化产物分离操作,提高了整个脱硫工艺的经济性,并且有效减少了分离操作带来的油品损失.     

介孔碳CMK-3对苯酚的吸附动力学和热力学研究

研究了介孔碳CMK-3对苯酚的吸附性能, 与传统商用活性碳(CAC)进行了比较, 结果表明, CMK-3比CAC的吸附量大、吸附速率快、达到平衡时间短, 是一种较好的吸附剂. 同时探讨了介孔碳CMK-3对苯酚的吸附热力学和动力学特征. CMK-3对苯酚的吸附行为可用Langmuir和Freundlich等温式进行描述, 相关性都较好, 但更符合Freundlich经验公式. 分别采用模拟一阶反应和二阶反应模型考察了吸附动力学, 并计算了这些动力学模型的速率常数. 模拟二级反应模型和实验数据之间有较好的相关性. 分别计算了热力学参数ΔG0, ΔS0和ΔH0, 结果表明, CMK-3对苯酚的吸附过程是吸热和自发的.     

利用ＳＢＡ-１５介孔内纳米碳合成含介孔的ＺＳＭ-５分子筛

SBA-15介孔分子筛内填充蔗糖并炭化后, 分别在碱性和弱酸性条件下, 用含铝源及TPABr的溶液浸渍,将SBA-15分子筛孔壁的无定形结构转化成ZSM-5分子筛的晶体结构, 除碳后得到含介孔的ZSM-5分子筛. 用X射线衍射、 N_2吸附-脱附、 ~(27)Al MAS NMR、 NH_3-TPD、 TEM、 SEM等对样品进行了表征, 考察了晶化时间等参数对样品的影响. 结果表明, 碱性条件下合成的ZSM-5分子筛晶体中含有少量孔径约3.2～4.2 nm的介孔孔道, 其酸强度接近与常规ZSM-5分子筛的酸强度;弱酸性条件下合成的ZSM-5分子筛晶体中含有大量孔径约1.4～1.6 nm的孔道, 其酸强度明显低于常规ZSM-5分子筛的酸强度.     

CuY型分子筛制备及吸附脱硫影响因素研究

通过液相离子交换法制备CuY型分子筛,并利用正交实验得到了制备过程中交换时间、交换温度、铜离子浓度的最佳条件。系统研究了CuY分子筛的焙烧温度、吸附时间、吸附温度对其吸附脱除模拟油中二苯并噻吩(DBT)的影响。采用XRD、ICP及BET比表面积分别对不同CuY分子筛的骨架结构及阳离子负载量进行了研究。结果表明,二次交换后,分子筛已达到交换平衡,最佳焙烧温度为450℃,温度过高会破坏分子筛的骨架结构;分子筛上的吸附水对其吸附脱除二苯并噻吩的能力有较大的影响。     

杂原子HMS介孔分子筛的催化脱氢和加氢脱硫性能

ＭＣＭ４１［１］和ＨＭＳ［２］等介孔分子筛对大分子的扩散阻力较小且具有良好的热稳定性,特别是在合成中可以直接将各种杂原子引入骨架,从而调变其催化性能,因此目前介孔分子筛在催化中的应用引起了各国研究者的广泛兴趣．Ｔｉ,Ｚｒ,Ｖ,Ｃｒ,Ｍｎ,Ｃｕ和Ｆｅ...     

CuHY分子筛中铜离子的分布与吸附脱硫性能

采用等体积浸渍法制备具有不同Cu担载量的CuHY 分子筛吸附剂. 用X射线衍射(XRD)、比表面积(BET)和氨程序升温脱附(NH3-TPD)技术对分子筛吸附剂进行了表征, 并测定了CuHY 分子筛吸附剂在含二苯并噻吩(DBT)模拟柴油中的吸附脱硫性能; 通过多晶XRD确定了Cu2+在Cu8HY 分子筛笼内的结构与分布. 实验结果表明, 分子筛的骨架结构没有发生改变, 部分Cu2+进入Y型分子筛笼内, 分子筛样品强酸中心有所减少, 中强酸中心有所增加; 进入Y型分子筛笼内的Cu2+, 一部分处于β 笼的SI' 位, 另一部分位于分子筛超笼中的SIII位上, 并与笼内的水分子配位. 处于超笼中的SⅢ位Cu2+对模拟柴油中的DBT分子具有吸附作用, 是吸附脱硫的中心. 而当模拟柴油中存在萘时, 与DBT分子会产生竞争吸附.     

介孔硅胶在柴油氧化-吸附组合脱硫中的应用研究

以硅胶(SG)为吸附剂,采用自制的双亲催化剂与H₂O₂组成的催化氧化体系将柴油进行氧化,利用固定床动态吸附法考察了硅胶性质、氧化过程及吸附条件等对硅胶吸附脱硫性能的影响,并对硅胶进行了表征。小角XRD和氮气吸脱附结果表明,实验所用硅胶具有介孔结构。吸附脱硫实验结果表明,在油剂比(柴油与吸附剂的体积比)相同时,氧化-吸附脱硫过程脱硫率明显高于吸附脱硫过程脱硫率;选用硅胶作吸附剂,吸附温度为40℃,吸附空速为6.0 h^-1时脱硫效果较好,当油剂比为1时,脱硫率高达94.57%,且该介孔硅胶具有较大的吸附硫容,随油剂比增大下降缓慢,当油剂比增大到15时,脱硫率仍达85.89%。     

燃料油超深度脱硫：二苯并噻吩在改性活性炭上的吸附

Ultra-deep desulfurization of fuel oils is used for producing clean fuels to meet new emission control standards, and also for producing sulfur-free hydrogen for use in fuel cell systems, where the hydrogen is produced by the reforming of fuel oils[1～2].     

高分散加氢脱硫催化剂制备及其对二苯并噻吩的催化性能

近年来,柴油发动机产生的废气污染已成为一个严重问题,环境法规对燃油中的硫含量限制越来越严格.因此,开发高效的深度加氢脱硫催化剂成为当今的热门课题之一.在柴油馏分中,由于存在空间位阻作用,二苯并噻吩(DBT)及其烷基取代的衍生物是最难脱除的.传统的加氢脱硫(HDS)催化剂通常是将活性金属担载在γ-Al2O3上.近年来,介孔材料如MCM-41,SBA-15,HMS,KIT-1和KIT-6等也被用作加氢脱硫催化剂载体,其大的比表面积有利于活性组分分散,大的规则孔径有利于反应物和产物扩散.其中,KIT-1介孔分子筛具有三维短蠕虫状介孔结构和大的比表面积,其酸性和水热稳定性都高于MCM-41.然而,由于无定形的孔壁使得介孔分子筛的酸性和水热稳定性较差,限制了其在石油化工领域的应用.而介微孔复合分子筛兼具了微孔分子筛酸性强、水热稳定性好和介孔分子筛的孔道优势,因此一经出现就引起了研究者广泛关注.有研究认为,增加载体酸性有利于加氢及促进C-S键氢解反应.载体中的微孔可高效吸附氢分子,降低HDS过程所需的温度和压力,实现温和条件下燃油超深度脱硫.目前,已有研究者将Y-MCM-41,介孔ZSM-5及Beta-KIT-6等多级孔分子筛用作催化剂载体,并进行了加氢脱硫性能研究,取得了良好效果.我们曾利用双模板剂一步晶化法水热合成了介微孔复合分子筛ZK-1.该分子筛既具有与KIT-1相似的短蠕虫状三维介孔孔道,又具有ZSM-5的微孔结构.其介孔孔径为2.7 nm,微孔孔径为0.6nm.该分子筛具有良好的水热稳定性和较高的酸性.本文在上述研究基础上,以不同硅铝比的ZK-1为载体通过过量浸渍法担载Co,Mo活性组分制备了CoMo/ZK-1 (Si/Al=30)和CoMo/ZK-1 (Si/Al=40)催化剂,并以相同方法制备了CoMo/γ-Al2O3,CoMo/AlKIT-1,CoMo/ZSM-5和CoMo/Mix(等量的ZSM-5和AlKIT-1混合物)催化剂作为对比.催化剂的N2吸附和NH3程序升温脱附表征结果表明,CoMo/ZK-1具有高于其他催化剂的比表面积(约700 m2/g)和介微孔结构,介孔孔径和微孔孔径分别为2.3 nm和0.6-1 nm.CoMo/ZK-1的酸量大于相同硅铝比的CoMo/AlKIT-1,这是由于ZK-1的介孔孔壁上含有沸石结构单元.通过H2程序升温还原表征可知,CoMo/ZK-1的高温氢耗峰面积较CoMo/γ-Al2O3和CoMo/ZSM-5相比明显减小,表明在CoMo/ZK-1上难还原的组分数量减少,载体与金属之间的相互作用减弱,这有利于金属组分的还原和硫化.紫外-可见漫反射光谱表征结果表明,在ZSM-5表面形成了大量的聚合态氧化钼物种,这是由于载体表面积小,金属组分分散不均匀.Co2AlO4或Co2SiO4相的出现是由于载体与金属间存在较强的相互作用.以ZK-1和AlKIT-1为载体的催化剂则避免了该情况的发生.从高分辨透射电镜照片可知,MoS2在ZK-1表面分散很均匀,其堆垛层数(2.5-2.7层)和片晶长度(3.9-4.0 nm)都达到较理想的数值,有利于形成更多的Co-Mo-S(Ⅱ)活性相.以二苯并噻吩为模型化合物,采用固定床反应器考察了上述6种催化剂的加氢脱硫活性.催化剂的脱硫率从高到低依次为:CoMo/ZK-1 (40)＞ CoMo/ZK-1 (30)＞ CoMo/γ-Al2O3＞ CoMo/ZSM-5＞ CoMo/Mix＞ CoMo/AlKIT-1.在较温和的反应条件(320℃,3MPa,WHSV=5h-1)下,CoMo/ZK-1对DBT的脱硫率达到93％以上.其原因主要是:(1)ZK-1的大比表面积使Co,Mo活性组分高度分散在载体表面;(2)载体与金属之间较适中的相互作用有利于活性组分的还原与硫化;(3)ZK-1含有的沸石结构单元使其比AlKIT-1具有更多的酸中心,有利于提高HDS反应活性.     

介孔分子筛在生物酶固定化中的应用

综述了MCM-48和SBA-15等新型介孔分子筛用生物酶固定化载体研究的新进展。介孔分子筛由于拥有巨大的比表面积(~1000m2/g)、纳米尺寸孔道(2~50m)和较大的孔容(~1.0 cm3/g),因此以分子筛为载体利用物理吸附制备的固定化酶呈现出高的催化活性,但固定化酶操作稳定性较低,在使用过程中部分酶分子发生了脱落,其原因是分子筛表面自由的硅羟基通过物理吸附或氢键作用固定酶分子。借助介孔分子筛自身的自由硅羟基在表面嫁接-COOH、-NH2、-CH=CH2等有机官能团来构筑酶固定化的微环境,改善酶分子和载体的亲和作用,提高固定化酶的活性。目前,利用有机官能团功能化介孔分子筛固定化酶是研究发展的趋势。     

分子筛在加氢脱硫催化剂深度脱硫方面的应用

本文综述了分子筛对加氢脱硫催化剂深度脱硫性能的影响,对分子筛基加氢脱硫催化剂上涉及含硫大分子4,6-二甲基二苯并噻吩(4,6-DMDBT)加氢脱硫反应的研究进展作了总结。主要介绍了微孔分子筛、介孔分子筛、微介孔复合分子筛和纳米分子筛在加氢脱硫催化剂针对4,6-DMDBT加氢脱硫反应方面的应用进展。简要介绍了分子筛基加氢脱硫催化剂上4,6-DMDBT加氢脱硫反应的反应途径、反应机理及抑制过度裂化反应的措施。最后展望了该研究领域的发展前景。     

萘在介孔分子筛MCM-41与SBA-15上的吸附特性研究

对低浓度气相萘在两种常见介孔分子筛MCM-41和SBA-15上的吸附特性进行研究。得到了萘在两种吸附剂上的吸附等温线和不同初始浓度下的穿透曲线,并分别与吸附等温线模型(Langmuir、Freundlich、D-R)和恒定浓度波动力学模型进行了拟合。结果表明, Langmuir模型能很好描述低浓度气相萘的吸附等温线(R²均在99%以上);具有微孔结构的SBA-15对萘的吸附能力要优于仅具备介孔结构的MCM-41。动力学模型在初始浓度较低时能较好地预测萘在吸附剂上的穿透曲线,且在SBA-15上的相关系数高于MCM-41;萘在2.76 mol/L时具有较大介孔的SBA-15的总传质系数K_a更高,表明萘在SBA-15上的总传质阻力更低,更能较快达到传质平衡。     

改性Ｙ型分子筛的吸附脱硫性能以及苯，萘对吸附的影响

采用离子交换法制备了经金属离子改性的Y型分子筛吸附剂, 并用XRF, XRD, XPS对吸附剂的化学组成, 晶相结构等进行了表征. 以含噻吩, 苯并噻吩的辛烷溶液为模型燃料考察了吸附剂的吸附脱硫性能以及苯, 萘对脱硫的影响. 结果表明, Cu(Ⅰ)Y, CuZnY具有较大的吸附容量, 而苯对苯并噻吩吸附脱除性能几乎没有影响, 但对噻吩的吸附性能影响较大, 萘对苯并噻吩和噻吩的脱除都有较大的抑制作用. 并由此推测, 吸附剂与苯并噻吩或萘的结合比噻吩或苯更紧密, 吸附的机理是π络合.     

介孔分子筛制备技术新进展—二次合成、超分子自组装和介孔生成剂法

具有内部介孔结构的多级孔分子筛兼具微孔分子筛和介孔材料的功能, 拥有良好的传质和催化特性. 在过去的几十年内, 介孔分子筛在催化、 吸附和分离领域发展迅速. 近年来, 新型合成方法的开发在很大程度上实现了介孔分子筛孔道结构、 组分及形貌灵活可控的调节. 本综述讨论了近期出现的多种新合成路径, 重点介绍了近期发展起来的二次合成制备低硅/铝介孔分子筛、 超分子自组装合成介孔分子筛及有机小分子原位合成介孔分子筛技术. 对这些合成技术的机理进行了讨论, 以期为介孔分子筛未来的发展提供思路. 文章的最后还讨论了不同的合成策略所面临的一些关键性挑战.     

KIT-1介孔分子筛的化学修饰及吸附性能

介孔分子筛MCM-41具有较大、可调的孔径和较高的比表面积，其骨架组成具有较强的可调变性．为该材料的应用提供了很大的空间。但全硅MCM-41分子筛在潮湿空气中，即使在室温条件下也会发生水解反应，使其介孔结构遭到破坏。前人已针对MCM-41分子筛稳定性不足的问题相继合成了稳定性较高的介孔分子筛KIT-1,     

氩吸附法研究多级孔分子筛的孔结构

采用不同方法分别制备了双介孔分子筛、介微孔分子筛及介孔沸石材料,利用氩吸附法并结合XRD技术表征了多级孔分子筛的孔结构。探讨了适用于多级孔分子筛的孔径分布计算方法,揭示了不同类型吸附等温线与孔径分布、孔型及孔容等之间的关系。研究表明,对于多级孔分子筛、微孔和介孔的孔径分布分别用SF法和BJH法计算较适宜,全孔分析可用NLDFT法计算。通过对TS-1介孔沸石的孔结构分析发现, TPAOH 在改性制备介孔TS-1的过程中起到了生成介孔及促进二次晶化的双重作用。     

以介孔分子筛为金属催化剂载体制备纳米碳管

 以不同的介孔分子筛作为金属催化剂载体,对催化合成纳米碳管进行了系统的研究,讨论了反应条件对纳米碳管纯度和产量的影响. 结果表明,不同的介孔分子筛对金属活性中心的形成、碳组分的扩散、纳米碳管的管径及形态均有明显的影响. 此外,金属的种类、状态和含量也影响纳米碳管的合成. 探索了合成高产量纳米碳管的条件,并对介孔分子筛上生长纳米碳管的特点进行了讨论.     

NPE在有序介孔炭上的吸附行为研究

采用有序介孔硅为硬模板制备了具有不同孔径的有序介孔炭(OMCs). 氮气吸附测试表明, 有序介孔炭具有丰富的介孔表面和集中的介孔分布. 以壬基酚聚氧乙烯醚(NPE)为探针分子, 研究了大分子酚类在有序介孔炭上的吸附行为. 吸附研究表明, NPE在有序介孔炭上的吸附满足Langmuir吸附模型. 孔结构分析表明, 大于1.5 nm的孔的表面积是决定NPE吸附量的关键因素, 而有序介孔炭的最可几孔径决定吸附速率的大小. 与吸附量相比, 吸附速率更容易受环境温度的影响. 动力学研究表明, NPE在有序介孔炭上的吸附满足准二级动力学方程.     

苯并噻吩在酸改性NaY分子筛上的吸附

以NaY分子筛为母体,通过柠檬酸、磷酸改性分别得到吸附剂NaY-C和NaY-P.采用SEM、XRD、XRF、N₂物理吸附及NH₃-TPD表征可知,柠檬酸改性后得到的NaY-C吸附剂介孔表面积增加,分子筛骨架结构保持不变.同时,磷酸改性使得NaY分子筛表面弱酸量减少强酸量增加,改性后所得吸附剂NaY-P的强酸量大于NaY-C.吸附实验表明,NaY-C和NaY-P均可完全脱除模拟油品中的苯并噻吩,同时NaY-C吸附剂对0^#柴油的脱硫能力优于NaY-P吸附剂.再生实验中NaY-C和NaY-P吸附剂对模拟油品的脱硫率由第一次的100%分别下降至第6次的91.97%和85.96%.由此可知,柠檬酸改性NaY分子筛所得NaY-C吸附剂的脱硫能力优于NaY-P,原因是吸附剂上的介孔更易于发生吸附脱硫.