多级孔ZSM-5分子筛的合成及其金属改性研究进展

多级孔ZSM-5分子筛具有微孔分子筛良好的酸催化性能和介孔材料优异的传质扩散性能,在催化领域有着广阔的应用前景。本文综述了多级孔ZSM-5分子筛的研究进展,主要介绍了合成方法,包括后处理法、硬模板法、软模板法和无模板法,同时介绍了多级孔ZSM-5分子筛的金属改性方法,包括浸渍法、离子交换法和原位改性法。金属改性后的多级孔ZSM-5分子筛不仅可以有效减少传质阻力,而且具有独特的金属催化活性,受到了研究者的广泛关注。     

多级孔道ZSM-5分子筛的合成及其催化应用

多级孔道ZSM-5分子筛具有微孔沸石分子筛良好的择形催化性能和介孔材料优异的传质扩散性能,在催化领域显示出良好的应用前景。本文综述了近年来多级孔道ZSM-5分子筛的研究进展,重点介绍了多级孔道ZSM-5分子筛的不同合成方法,包括后处理法、硬模板法和软模板法等,同时介绍了不同方法得到的多级孔道ZSM-5分子筛在催化反应中的应用,分析表明多级孔道ZSM-5分子筛以其良好的扩散性能和适宜的酸性提高了反应转化率和目标产物选择性。最后对多级孔道ZSM-5分子筛的发展方向进行了展望,指出研发简单、经济和环保的新合成路线是多级孔道ZSM-5分子筛发展中的重大挑战,深入研究多级孔道分子筛中介孔的形成机理和开发具有多级孔道整体式催化剂以及负载型多级孔道ZSM-5分子筛是今后的研究重点。     

多级孔MFI分子筛合成及催化性能研究

采用水热合成法,以四丙基氢氧化铵为微孔模板剂、十六烷基三甲基溴化铵为介孔结构导向剂合成了多级孔ZSM-5分子筛,又进一步对合成出的ZSM-5分子筛进行后处理改性。结果表明,经过后处理的多级孔ZSM-5分子筛使芳烃收率进一步提高,其中负载Zn的多级孔ZSM-5分子筛的催化性能最好。     

多级孔MFI分子筛合成及催化性能研究

采用水热合成法,以四丙基氢氧化铵为微孔模板剂、十六烷基三甲基溴化铵为介孔结构导向剂合成了多级孔ZSM-5分子筛,又进一步对合成出的ZSM-5分子筛进行后处理改性。结果表明,经过后处理的多级孔ZSM-5分子筛使芳烃收率进一步提高,其中负载Zn的多级孔ZSM-5分子筛的催化性能最好。     

软模板法制备多级孔ZSM-5分子筛的研究进展

相比传统ZSM-5分子筛,多级孔ZSM-5分子筛具有空间位阻小、传质效率高、焦炭少等特点,近年来在分子筛领域应用广泛。多级孔分子筛通常可用后处理法和模板剂法制备,相比后处理法,模板剂法能更好地控制介孔的结构和孔道尺寸。概述了采用传统表面活性剂、两亲性的有机硅烷、双功能多季铵盐表面活性剂及高分子聚合物等软模板法合成多级孔ZSM-5分子筛的研究进展。分析不同软模板剂的特点和作用机理,阐述了合成后分子筛的结构特点及催化性能等。指出在今后的研究中,可以设计价格较低的新型功能化模板剂,优化合成过程,致力于在理解合成机理的前提下,寻找操作简单、绿色环保的合成路线,并将其推行到实际工业生产中。     

多级孔ZSM-5沸石分子筛的制备研究进展

多级孔ZSM-5沸石分子筛不仅具有良好的催化择形性能,同时对大分子反应具有较好的扩散性能,因此多级孔ZSM-5沸石分子筛的合成受到人们的广泛关注。综述了近年来合成多级孔ZSM-5沸石分子筛的各种方法,重点从后处理法、模板剂法、介孔孔壁晶化法和前驱物自组装等方法出发,详细介绍了多级孔ZSM-5沸石分子筛的合成进展。通过对比不同的制备方法,分析了各种方法及合成材料的优势以及目前所存在的主要问题,以期找到一种制备多级孔ZSM-5沸石分子筛的较优的方法应用到实际的石油催化领域。     

多级孔道5A分子筛的合成及其对正构烷烃的吸附性能研究

为了提高5A分子筛对正构烷烃吸附分离的速率,以二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵(TPOAC)为软模板剂,采用水热合成方法合成出具有微孔和介孔结构的多级孔道5A分子筛。结果表明,合成的分子筛以0.5 nm左右的微孔为主,介孔孔道集中在7~13 nm。通过改变模板剂用量可以调控合成分子筛的介孔数量。合成的多级孔道5A分子筛在保持对正构烷烃具有较高平衡吸附量的同时,显著提高正构烷烃在分子筛内的扩散系数,从而提高吸附分离的速率。     

模板剂对原位水热合成等级孔ZSM-5分子筛的影响

以正丁胺为模板剂制备硅铝摩尔比为40的ZSM-5分子筛,分别使用不同的介孔模板剂合成了等级孔ZSM-5分子筛,并采用XRD、NH_3-TPD、BET等对合成的分子筛进行表征。结果表明,采用不同介孔模板剂均可合成等级孔ZSM-5分子筛,其中以CTAB及P123为介孔模板剂合成的等级孔分子筛,介孔结构明显且保留了完整的微孔结构,微孔比表面在200 m²/g以上,介孔比表面均达到了100 m2/g以上,介孔比表面均达到了100 m²/g,且孔径分布较广。为等级孔分子筛的进一步研究提供了基础数据支持。     

饱和ATP为原料合成多级孔ZSM-5沸石分子筛的制备与表征

研究以饱和ATP吸附材料为合成沸石分子筛的硅源,采用双模板法,用四丙基氢氧化铵(TPAOH)为微孔模板剂和十六烷基三甲基溴化烷(CTAB)为介孔模板剂直接合成多级孔ZSM-5沸石分子筛,通过XRD、SEM、比表面积及孔径分析仪进行N2吸附-脱附等手段对多级孔ZSM-5沸石分子筛表征测试分析。结果表明,饱和ATP吸附材料在180℃下,水热提纯12 h获得硅源,再加入TPAOH和CTAB进行初始凝胶反应,后移入水热反应釜中,控温180℃,水热晶化反应15 h,即得多级孔ZSM-5沸石分子筛。     

饱和ATP为原料合成多级孔ZSM-5沸石分子筛的制备与表征

研究以饱和ATP吸附材料为合成沸石分子筛的硅源,采用双模板法,用四丙基氢氧化铵(TPAOH)为微孔模板剂和十六烷基三甲基溴化烷(CTAB)为介孔模板剂直接合成多级孔ZSM-5沸石分子筛,通过XRD、SEM、比表面积及孔径分析仪进行N2吸附-脱附等手段对多级孔ZSM-5沸石分子筛表征测试分析。结果表明,饱和ATP吸附材料在180℃下,水热提纯12 h获得硅源,再加入TPAOH和CTAB进行初始凝胶反应,后移入水热反应釜中,控温180℃,水热晶化反应15 h,即得多级孔ZSM-5沸石分子筛。     

多级孔ZSM-5分子筛的加氢脱硫性能

以四头聚季铵盐为模板合成的多级孔ZSM-5分子筛为载体、Pd为金属组分制备新型介孔分子筛基Pd催化剂,考察其对4,6-二甲基二苯并噻吩的加氢脱硫活性,并与其他催化剂进行对比。结果表明,与常规ZSM-5分子筛基Pd催化剂和γ-Al2O3基Pd催化剂相比,以多级孔ZSM-5分子筛为载体制备的Pd催化剂表现出更高的加氢脱硫活性。该催化剂同时具有介孔和B酸中心,为4,6-二甲基二苯并噻吩的异构化和脱硫反应提供了更多的活性中心,使其能够发生甲基异构化反应,生成3,6-二甲基二苯并噻吩后进行氢解脱硫。     

The effect of hierarchical single-crystal ZSM-5 zeolites with different Si/Al ratios on its pore structure and catalytic performance

Hierarchical single-crystal ZSM-5 zeolites with different Si/Al ratios(Hier-ZSM-5-x,where x=50,100,150 and 200)were synthesized using an ordered mesoporous carbon-silica composite as hard template.Hier-ZSM-5-x exhibits improved mass transport properties,excellent mechanical and hydrothermal stability,and higher catalytic activity than commercial bulk zeolites in the benzyl alcohol self-etherification reaction.Results show that a decrease in the Si/Al ratio in hierarchical single-crystal ZSM-5 zeolites leads to a significant increase in the acidity and the density of micropores,which increases the final catalytic conversion.The effect of porous hierarchy on the diffusion of active sites and the final catalytic activity was also studied by comparing the catalytic conversion after selectively designed poisoned acid sites.These poisoned Hier-ZSM-5-x shows much higher catalytic conversion than the poisoned commercial ZSM-5 zeolite,which indicates that the numerous intracrystalline mesopores significantly reduce the diffusion path of the reactant,leading to the faster diffusion inside the zeolite to contact with the acid sites in the micropores predominating in ZSM-5 zeolites.This study can be extended to develop a series of hierarchical single-crystal zeolites with expected catalytic performance.     

Exploring suitable ZSM-5/MCM-41 zeolites for catalytic cracking of n-dodecane: Effect of initial particle size and Si/Al ratio

In this study, various ZSM-5/MCM-41 micro/mesoporous zeolite composites have been prepared by alkalidesilication and surfactant-directed recrystallization of ZSM-5. The effects of particle size and Si/Al ratio of initial ZSM-5 zeolites on the structure and catalytic performance of ZSM-5/MCM-41 composites are studied. The results of XRD, TEM N₂-adsorption-desorption, NH₃-TPD and in situ FT-IR revealed that ordered hexagonal MCM-41 mesopores with 3-4 nm pore size were formed around ZSM-5 crystals, and the specific surface area and mesopore volume of composites increased with increasing the Si/Al ratio of initial ZSM-5. Catalytic cracking of n-dodecane (550 ℃, 4 MPa) showed that the ZSM-5/MCM-41 composites obtained from the high Si/Al ratio and nano-sized initial ZSM-5 zeolites exhibited superior catalytic performance, with the improvement higher than 87% in the catalytic activities and 21% in the deactivation rate compared with untreated zeolites. This could be ascribed to their suitable pore structure, which enhanced the diffusion of reactant molecules in pores of catalysts.     

模板剂对ZSM-5分子筛甲醛环化制三聚甲醛性能的影响

以四丙基氢氧化铵、四丙基溴化铵、正丁胺和季戊四醇为模板剂水热合成ZSM-5分子筛，采用XRF、XRD、SEM、NH₃-TPD、Py-FTIR和²⁷Al MAS NMR等进行了表征，研究了模板剂对ZSM-5分子筛性质及甲醛制三聚甲醛催化性能的影响。结果表明，通过改变模板剂可改变ZSM-5分子筛的酸中心分布、表面酸性质和粒径；较大空间的孔道交叉位置的酸性中心、小催化剂粒径和高表面B酸/L酸比值有利于提高三聚甲醛选择性。以四丙基氢氧化铵为模板剂合成的ZSM-5分子筛的颗粒尺寸为240nm×240nm×150nm，分布于直形孔道和S形孔道的孔道交叉处的Br?nsted酸中心较多，甲醛转化率和三聚甲醛的选择性分别为30.15%和88.35%。     

ZSM-11分子筛的碱处理及其正十二烷催化裂解性能

研究了碱处理对ZSM-11分子筛的微观结构、酸性质和催化裂解性能的影响。采用不同浓度的氢氧化钠对ZSM-11分子筛进行碱处理,得到了级孔ZSM-11分子筛。用XRD,SEM,TEM, NH₃-TPD,N₂低温吸附-脱附等手段对碱处理后的分子筛进行了表征。以正十二烷为模型燃料,在550 ℃、4 MPa的条件下评价了分子筛的催化裂解性能。结果表明,碱处理导致HZSM-11分子筛晶粒内形成介孔、比表面积和酸量增加。碱处理的ZSM-11分子筛表现出较高的催化裂解活性。其中,用浓度为0.1 mol/L的氢氧化钠溶液处理的HZSM-11分子筛,催化活性最高。与未处理的HZSM-11分子筛相比,正十二烷的平均转化率提高了约58%。     

Co-conversion of methanol and n-hexane into aromatics using intergrown ZSM-5/ZSM-11 as a catalyst

The conversion of n-hexane and methanol into value-added aromatic compounds is a promising method for their industrially relevant utilization. In this study, intergrown ZSM-5/ZSM-11 crystals were synthesized and their resulting catalytic performance was investigated and compared to those of the isolated ZSM-5 and ZSM-11 zeolites. The physicochemical properties of ZSM-5/ZSM-11 intergrown zeolite were analyzed using X-ray diffraction, N₂ isothermal adsorption-desorption, the temperature-programmed desorption of ammonium, scanning electron microscopy, Fourier transform infrared spectra of adsorbed pyridine, and nuclear magnetic resonance of ²⁷Al , and compared with those of the ZSM-5 and ZSM-11 zeolites. The catalytic performances of the materials were evaluated during the co-feeding reaction of methanol and n-hexane under the fixed bed conditions of 400°C, 0.5 MPa (N₂), methanol:꞉n-hexane=7꞉:3 (mass ratio), and weight hourly space velocity=1 h^–1 (methanol). Compared to the ZSM-5 and ZSM-11 zeolites, the ZSM-5/ZSM-11 zeolite exhibited the largest specific surface area, a unique crystal structure, moderate acidity, and suitable Brønsted/Lewis acid ratio. The evaluation results showed that ZSM-5/ZSM-11 catalyst exhibited better catalytic reactivity than the ZSM-5 and ZSM-11 catalysts in terms of methanol conversion rate, n-hexane conversion rate, and aromatic selectivity. The outstanding catalytic property of the intergrown ZSM-5/ZSM-11 was attributed to the enhanced diffusion associated with its unique crystal structure. The benefit of using zeolite intergrowth in the co-conversion of methanol and alkanes offers a novel route for future catalyst development.     

后处理改性对HZSM-5沸石丁烯裂解性能的影响

采用不同后处理手段(碱处理、水汽处理以及碱处理-水汽处理)对HZSM-5沸石的孔结构和酸性质进行了调变,并对其丁烯裂解性能进行了研究。运用N₂吸脱附、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)以及吡啶吸附红外(Py-IR)对后处理改性前后的沸石样品的物理化学性质进行了表征。碱处理后HZSM-5的质子酸量增加,在5～20 nm处具有分布较宽的介孔,其反应活性升高,丙烯选择性下降,但失活速率没有加快。单独水汽处理在2～4 nm处产生介孔,但介孔体积较小。碱处理-水汽处理在2～4和5～20 nm处具有双分布介孔,前者分布较集中,后者分布较宽。单独水汽处理和碱处理-水汽处理的样品可以提高HZSM-5的丙烯选择性,主要归功于酸量的降低;反应2.5 h后具有较稳定的丙烯收率(高碱浓度处理-水汽处理的样品除外)。     

Pt/TiO2/ZSM-5催化剂的制备及其催化转化正丁烷

采用溶胶-凝胶法和等体积浸渍法,分别对ZSM-5分子筛进行TiO₂改性和Pt负载,获得了具有脱氢-裂解双功能的Pt/TiO₂/ZSM-5催化剂,采用XRD、N₂吸附-脱附、TEM、XPS和NH₃-TPD对样品的晶体结构,孔结构、形貌、活性金属价态和酸性质等进行了表征,并研究了正丁烷在此催化剂上催化转化制备低碳烯烃的反应规律。研究结果表明,TiO₂的引入,一方面使得改性后的ZSM-5分子筛获得了额外的酸性中心,特别是强酸性位含量的增加,有助于促进正丁烷的活化;另一方面Pt与TiO₂之间存在“金属-载体”强相互作用（SMSI）,在H₂还原气氛下,Pt能够促进TiO₂的还原,生成Ti³⁺物种,而Ti³⁺的存在增加了Pt周围的电荷密度,降低了Pt对低碳烯烃（C₂⁼～C₃⁼）的吸附能力,抑制了深度脱氢和生焦反应,从而提高双功能催化剂对烯烃的选择性。当H₂还原温度为450℃时,Pt/10TiO₂/ZSM-5催化剂在625℃下的正丁烷转化率为76.1%,低碳烯烃（C₂⁼～C₃⁼）收率为50.9%,分别比Pt/ZSM-5催化剂提高了16.7%和12.6%。     

超重力预混+动态水热法制备ZSM-5分子筛——水热过程影响机制

ZSM-5分子筛作为一种重要的催化剂,被广泛应用于石油化工行业,其制备工艺一直是分子筛研究的热点。传统静态水热法制备ZSM-5分子筛存在产物粒度分布不均、晶化时间长等问题,本文提出开展超重力预混+动态水热法制备ZSM-5分子筛,考察了晶化过程中晶化方式、搅拌釜转速、晶化时间和晶化凝胶体积对ZSM-5分子筛粒径的影响规律,获得了较优的操作条件;并针对较优条件下制备的产品进行了系统表征。结果表明,相比于超重力预混+静态水热,动态水热更有利于合成粒径小且分布均匀、酸量大、比表面积大的多级孔ZSM-5分子筛,搅拌釜转速越大、晶化凝胶体积越小所制备的产品平均粒径越小,粒径分布越均匀。本文研究结果表明,水热过程参数对分子筛的粒径、结构和酸性具有重要影响。     

中空Pt/ZSM-5催化剂用于愈创木酚加氢脱氧合成环烷烃

采用溶解-重结晶方法合成了不同硅铝比具有级孔壳的中空ZSM-5分子筛,并对其负载Pt催化剂（Pt/HZ-x）催化愈创木酚加氢脱氧制备环烷烃性能进行了探究。通过X射线晶体衍射（XRD）、场发射扫描电子显微镜（SEM）、场发射透射电子显微镜（TEM）、氮气吸附脱附（N₂-BET）、氨气程序升温脱附（NH₃-TPD）和X射线光电子能谱（XPS）对合成的系列催化剂进行了物化性质表征。得益于特殊的中空级孔结构,中空ZSM-5分子筛具有高外比表面积和介孔孔容,有利于促进活性金属Pt的分散和增强反应物的传质。Pt/HZ-x催化剂表现出了优异的催化性能和愈创木酚加氢脱氧活性,在220℃的低温即可以达到100%的环烷烃选择性。另外,随着分子筛载体酸性的减弱,愈创木酚加氢脱氧产物的二次反应程度降低,增大了环己烷的选择性。