王全义
,
魏迎旭
,
徐舒涛
,
张默之
,
孟霜鹤
,
樊栋
,
齐越
,
李金哲
,
于政锡
,
袁翠峪
,
何艳丽
,
徐庶亮
,
陈景润
,
王金棒
,
苏宝连
,
刘中民
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(14)60128-5
将一种新型Gemini表面活性剂，丙撑基双(十八烷基二甲基氯化铵)[C18H37(CH3)2-N+-(CH2)3-N+-(CH3)2C18H37]Cl2(C18-3-18)，作为介孔模板剂用于水热法合成介孔ZSM-5分子筛。结果表明，在130oC低温晶化即可高效合成介孔ZSM-5分子刷。 C18-3-18的加入量可影响到所合成介孔ZSM-5分子筛的相对结晶度和织构性质，它的形成遵从一个转晶过程。在合成初期，凝胶中介孔模板剂C18-3-18的使用导向了介孔材料的生成；随后在TPABr的模板作用下，介孔材料慢慢转晶生成具有MFI结构的介孔ZSM-5；然后所合成的介孔ZSM-5晶粒进一步长大并聚集形成块状颗粒，同时产生晶间介孔。 C18-3-18作为介孔导向剂不仅可用于合成介孔ZSM-5分子筛，也可用于其它介孔分子筛的合成中。
关键词:
介孔ZSM-5
,
双模板法
,
Gemini型表面活性剂
,
晶间介孔
,
转晶过程
王金棒
,
李金哲
,
徐舒涛
,
郅玉春
,
魏迎旭
,
何艳丽
,
陈景润
,
张默之
,
王全义
,
张雯娜
,
武新强
,
郭新闻
,
刘中民
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(15)60953-6
从煤、生物质或天然气出发经甲醇制烯烃正在成为最重要的非石油路线低碳烯烃和液态燃料的生产途径。基于SAPO-34和HZSM-5催化剂,甲醇制低碳烯烃(MTO),甲醇制丙烯(MTP)和甲醇制汽油(MTG)已经实现了工业化。与此同时,甲醇制烯烃反应机理也一直是学术界和工业界研究的焦点,然而由于甲醇转化机理十分复杂,且往往受多种因素的影响,使得机理研究工作至今未给出明确详尽的结论。据文献报道,在具有较大笼或交叉孔道结构的SAPO-34, SSZ-13和Hβ催化剂上,甲醇转化主要是通过烃池机理进行。烃池物种包括多甲苯及其对应的质子化产物。随着HZSM-5上甲醇转化双循环机理的提出,近期人们开始关注一维孔道分子筛上的甲醇转化反应,试图通过抑制芳烃循环使得甲醇转化主要通过烯烃甲基化裂解机理进行,发现在具有一维十元环孔道结构的HZSM-22分子筛上甲醇转化能够达到这一效果,产物主要以C3+烯烃为主，乙烯的生成较少。该催化体系的发现对于甲醇制丙烯过程的开发具有重要的意义,然而除了分子筛的拓扑结构,催化剂的酸强度对甲醇转化也具有重要的影响，值得深入研究。为此,本文采用同位素切换/共进料实验,色质谱(GC-MS),热分析(TGA)以及原位红外实验(in situ FTIR)等技术系统研究两种一维十元环结构分子筛HZSM-22和SAPO-11酸强度对于甲醇转化和催化剂失活机理的影响,为开发新型催化剂和优化反应条件以调节产物选择性提供理论指导。
12C/13C-甲醇切换实验表明, HZSM-22和SAPO-11催化的甲醇转化机理主要是烯烃循环,然而由于酸强度的差异导致两种分子筛上甲基化反应和裂解反应对烯烃最终产物分布贡献不同。对于HZSM-22分子筛,催化活性较高，当反应温度低于400 oC时,产物以C5+高碳烃为主,随着反应温度的升高,产物以C2–C4低碳烃为主,且乙烯的增长速率高于丙烯；对于SAPO-11分子筛,催化活性较低，无论反应温度高或低,甲醇转化产物均以C5+高碳烃为主。以上结果表明,催化剂的活性与酸强度相关，且随着反应温度的升高,在酸性较强的HZSM-22分子筛上高碳烃的裂解活性要远高于酸性较弱的SAPO-11分子筛。该推论得到13C-甲醇和12C-1-丁烯共进料实验数据的支持。失活催化剂的GC-MS和TG结果显示,催化剂的失活与酸强度和反应温度密切相关：对于HZSM-22分子筛,较低温度下(<450 oC)催化剂的失活源于稠环化合物的生成和积累,高温下(>450 oC)的失活是源于分子筛表面石墨碳的沉积；对于SAPO-11分子筛,低温下(<400 oC)的失活源于稠环芳烃的生成和积累,高温下(>400 oC)的失活是源于分子筛表面石墨碳的沉积。此外,由于酸强度的差异,与SAPO-11相比,低温下积碳物种更倾向于在HZSM-22分子筛孔口快速形成。这也是HZSM-22分子筛在低温下快速失活的原因。为了进一步证明该结论,本文采用原位红外装置对HZSM-22催化甲醇转化过程中的Br?nsted酸和芳烃物种进行了连续监测。结果显示,在最初的15 min内归属为Br?nsted酸的峰(3585 cm–1)有明显的下降,但随着反应时间的延长, Br?nsted酸的量不再发生变化；与此同时,归属为芳烃物种的峰(3136 cm–1)增加到一定程度后随着反应时间的延长也几乎不再增加。这进一步说明了低温下HZSM-22分子筛的失活是由非活性芳烃积碳物种堵塞孔口造成的。
关键词:
HZSM-22
,
SAPO-11
,
甲醇制烯烃
,
酸强度
,
机理
许磊
,
杜爱萍
,
魏迎旭
,
孟霜鹤
,
何艳丽
,
王莹利
,
于政锡
,
张新志
,
刘中民
催化学报
通过在初始凝胶中加入HF合成了骨架富含Si(4Al)配位结构的SAPO-34分子筛. 使用X射线衍射、扫描电镜、X射线荧光和核磁共振等表征手段研究了初始凝胶中HF的加入对合成SAPO-34分子筛的晶体结构、晶体形貌、元素组成以及骨架硅配位环境的影响. 结果表明,在初始凝胶中加入F离子后,合成的SAPO-34分子筛的晶体结构更加规整;随着初始凝胶中F离子含量的提高,合成的SAPO-34分子筛晶体骨架中Si(4Al)配位结构的数量增多, Si(nAl)(n=3～0)配位结构的数量减少. 将合成的SAPO-34分子筛催化剂用于甲醇制烯烃反应,结果显示, SAPO-34分子筛骨架中富含Si(4Al)配位结构可以有效提高反应产物中乙烯的选择性,同时能够延长催化剂的寿命.
关键词:
SAPO-34分子筛
,
氟化氢
,
Si(4Al)结构
,
甲醇制烯烃反应
王锦航
,
刘中民
,
孙振刚
,
杨越
,
何艳丽
,
许磊
,
齐越
催化学报
采用水热法合成了以1,6-己二胺(HDA)为模板剂的层状磷酸锆晶体[(HDA)H2]0.5[Zr(PO4)(HPO4)]·1.5H2O,并用单晶及粉末XRD,IR和TG-DTA等对其结构和性质进行了表征. 该晶体是由磷酸锆无机层、有机胺以及水分子三部分构成的层状结构,层间距约为1.77 nm,无机层结构为γ-型. 位于有机胺两端的氮与无机层表面部分羟基的氧以氢键连接,水分子占据磷酸锆层间的两种位置. 单晶结构模拟得到的XRD谱与从粉末样品采集的XRD谱基本吻合. 此晶体在180 ℃下脱去水分子,在220 ℃下加热3 h其结构未发生明显变化; 有机胺模板剂在250 ℃下开始分解.
关键词:
水热合成
,
己二胺
,
模板剂
,
磷酸锆
,
晶体结构
刘子玉
,
刘中民
,
齐越
,
许磊
,
何艳丽
,
杨越
,
张阳阳
催化学报
以白碳黑为硅源,偏铝酸钠为铝源,六亚甲基亚胺(HMI)为结构导向剂,采用动态水热法合成了MCM-22,UTM-1和kenyaite,并考察了硅铝比对产物晶相的影响.结果表明, 配料硅铝比是影响产物晶相的重要因素.n(SiO2)/n(Al2O3)=30～50时,晶化产物为MCM-22; n(SiO2)/n(Al2O3)=71～190时,晶化产物为MCM-22与kenyaite的混合物,且随着硅铝比的增大,MCM-22的含量逐渐减少而kenyaite的含量逐渐增加; n(SiO2)/n(Al2O3)=228～609时,晶化产物为八元环结构的UTM-1; 不含铝源时,晶化产物为kenyaite.就合成MCM-22和UTM-1而言,凝胶中的铝是必不可少的.上述几种晶化产物均呈片状,可以通过扫描电镜加以区分.
关键词:
MCM-22分子筛
,
UTM-1分子筛
,
kenyaite
,
水热合成
,
硅铝比
李春林
,
何艳丽
,
刘中民
催化学报
采用溶胶-凝胶法制备了含碳的K-Co-Mo-C催化剂,通过改变碳前驱体的添加量以获得不同的碳含量,测试了催化剂上合成气制混合醇的性能. 结果表明,适量的残留碳增加了催化剂中活性相的分散度,提高了合成醇的收率和选择性,但过量的碳导致烃的选择性增加而醇的选择性下降,这是由于随着碳前驱体添加量的增加,催化剂中的Mo物种更容易被还原成金属态. 与惰性气氛中焙烧的样品不同,空气中焙烧的样品中没有碳的存在,氧化物组分容易生成难以还原的物相,合成醇活性较低. 含碳量为2.8%的样品具有最大的比表面积和孔体积,同时也具有最高的醇收率和选择性. 惰性气氛中高温焙烧样品导致其合成醇活性明显降低,但同时高碳醇的选择性增加.
关键词:
钾
,
钴
,
钼
,
碳
,
合成气
,
低碳醇
