REY对噻吩和四氢噻吩催化转化行为的红外光谱研究

以NaY、HY、液相稀土Ce离子交换改性的Y分子筛(L-CeY)和稀土离子改性的超稳Y分子筛(HRSY-3)为研究对象,在氨气程序升温脱附(NH3-TPD)和吡啶吸附傅里叶变换红外光谱(Py-FTIR)表征其酸性能的基础上,采用原位傅里叶变换红外光谱(In situ FTIR)技术以噻吩和四氢噻吩作为探针分子,研究噻吩硫化物在稀土离子改性的Y型(REY)分子筛上的吸附及转化行为。结果表明,室温条件下噻吩在分子筛强B酸中心作用下即可发生质子化反应,质子化的噻吩分子可进一步发生低聚反应,且稀土物种和非骨架铝有关的L酸中心与B酸的协同作用促进质子化噻吩向低聚物的转化;而四氢噻吩在NaY、HY及REY型分子筛上均无催化反应发生。     

噻吩在Y型分子筛上吸附与转化行为

以NaY、HY、液相Ce离子交换改性Y分子筛(L-CeY)为研究对象,运用Py-FTIR和NH3-TPD对Y型分子筛的酸类型、酸强度、酸量进行了表征;采用原位红外光谱技术研究了噻吩在Y型分子筛上的吸附和转化行为。结果表明,分子筛的B酸位是噻吩发生质子化及低聚反应的活性中心。Y型分子筛对噻吩的催化活性顺序为L-CeYHY,这可由Y型分子筛B酸位的量和强度区别以及稀土离子物种与B酸中心的协同作用进行解释。     

频率响应法研究噻吩在Hβ分子筛上的传质行为

用盐酸溶液改性Hβ分子筛,采用XRD、N_2吸附-脱附、NH_3-TPD等手段对Hβ分子筛晶体结构、织构性质和酸量等进行表征,以噻吩为探针分子,采用频率响应技术研究了盐酸改性Hβ分子筛对其吸附扩散性能的影响。结果表明,盐酸改性Hβ分子筛后,溶解了堵塞在Hβ分子筛孔道内的非骨架铝,增强了分子筛孔道的贯通性,提高了分子筛的传质性能。在频率响应谱图中,噻吩在改性的Hβ分子筛中传质过程的响应强度明显大于在未改性的分子筛中传质过程的响应强度,盐酸改性后Hβ分子筛的传质性能得到了改善,吸附噻吩脱硫的能力明显增强,这对催化噻吩反应、优化工业脱硫具有重要意义。     

改性对分子筛酸性和烷基化脱硫性能的影响

对Na型分子筛分别进行不同性质的阳离子交换和热处理,得到了HY,USY,CeY,MgY,Hβ和USβ系列改性分子筛催化剂,并考察了改性分子筛催化FCC汽油烷基化脱硫的活性。通过吡啶吸附红外光谱表征,研究了改性对分子筛的表面酸性和催化活性的影响规律。结果表明,铵改性Y分子筛的酸量远远大于8分子筛。USY的B酸量、L酸量分别增大到了868．583,972．869gmol／g,其中L酸主要以弱酸的形式存在。UBβ的B酸量、L酸量也有所增加,但是强B酸量降低,强L酸量增加。Mg^2＋改性后的NaY分子筛总酸仅次于HY,但强B酸量仅为86．742μmol／g,强L酸量仅为31．335μmol／g;Ce^3＋改性后的NaY分子筛总B酸量和强B酸量仅次于USY,L酸量仅为58．308μmol／g,但无强L酸。结合小于100℃馏分段硫的转化率得出,总B酸量越多,且强B酸量越多（HY除外）,小于100℃馏分段硫的转化率越高。强L酸不利于噻吩类硫化物的烷基化反应。对于μ分子筛,强B酸中心是烷基化反应的主要活性位。     

频率响应法研究噻吩在Y型分子筛上的吸附扩散性能

利用频率响应技术考察了噻吩在NaY分子筛和两种分别采用液相和固相离子交换法制得的CeY分子筛上的吸附、扩散行为,并与TG/DTG曲线和吡啶红外等技术相结合来分析噻吩在分子筛上的吸附扩散机理。结果表明,L-CeY分子筛含有强B酸和弱L酸,S-CeY分子筛含有弱L酸和少量弱B酸。噻吩在S-CeY及NaY分子筛上只存在一种吸附过程,吸附作用相对较弱。而噻吩在L-CeY分子筛上存在两种不同的吸附过程,吸附作用相对较强,其吸附作用模式是与L-CeY分子筛上不同酸性位作用的结果。     

磷改性β分子筛的酸性及其苯与丙烯烷基化催化性能

采用浸渍法对Hβ分子筛进行磷改性 ,用NH3-TPD和IR表征了催化剂的表面酸性质 ,以苯与丙烯烷基化反应考察了Hβ沸石改性前后的选择性和稳定性。结果表明 :磷使强酸受到抑制 ,正丙苯的含量较Hβ分子筛有显著下降 ,多异丙苯生成量有所降低 ,从而提高了Hβ催化剂的选择性 ;总酸量与母体Hβ分子筛比较有所下降 ,但磷质量分数不能过高 ,当磷质量分数在 2 %时 ,B酸中心和L酸中心都显著减少 ,总酸量显著减少 ,致使催化剂的活性和稳定性显著下降 ;在相同条件下 ,磷源对Hβ沸石酸性的影响差别很小     

不同分子筛的结构和酸性对苯与1-十二烯烷基化反应的影响

利用XRD、NH_3-PTD、吡啶吸附红外光谱、异丙苯裂解、比表面积测定等方法表征了Y、USY、ZSM-5、β、M和MCM-41分子筛的结构和酸性质,考察了不同分子筛对苯与1-十二烯烷基化反应的催化性能。对于Y型分子筛,烷基化反应在中强酸和强酸中心上都能发生,可在30～60℃低温和大空速条件下使用,转化率和选择性都高于98％,其催化活性大大高于其它分子筛。研究表明,孔道小于十二元环的分子筛不能用于此烷基化反应,具有三维孔道结构的分子筛其催化活性比一维和二维的高,晶体内部含有大孔径超笼时,则2-和3-苯基烷烃的选择性降低。选用中强酸比例高的分子筛有利于提高反应寿命。     

FCC汽油在钾改性的MCM-22/Al_2O_3分子筛上的烷基化脱硫反应

考察了钾改性的MCM-22/Al2O3分子筛上模拟催化裂化汽油中的噻吩烷基化脱硫在固定反应床上的反应。结果表明,钾处理可以有效地调节HMCM-22/Al2O3分子筛的强酸中心的数量,从而提高噻吩烷基化脱硫的选择性及稳定性。钾处理显著降低了HMCM-22/Al2O3分子筛的强酸数量,当钾的负载量达到3.5%时,噻吩烷基化的选择性达到最大值,并且经钾处理的催化剂与未经钾处理的催化剂相比稳定性有显著的差异。     

FCC汽油在钾改性的MCM-22/Al2O3分子筛上的烷基化脱硫反应

考察了钾改性的MCM-22/Al2O3分子筛上模拟催化裂化汽油中的噻吩烷基化脱硫在固定反应床上的反应.结果表明,钾处理可以有效地调节HMCM-22/Al2O3分子筛的强酸中心的数量,从而提高噻吩烷基化脱硫的选择性及稳定性.钾处理显著降低了HMCM-22/Al2O3分子筛的强酸数量,当钾的负载量达到3.5%时,噻吩烷基化的选择性达到最大值,并且经钾处理的催化剂与未经钾处理的催化剂相比稳定性有显著的差异.     

噻吩类硫化物和吡啶在分子筛上竞争吸附的分子模拟

针对焦化粗苯中碱性氮化物的存在会降低催化剂的活性,给加氢脱硫过程带来不利影响的问题,采用巨正则蒙特卡罗法在温度为473.15～673.15 K下研究了不同力场下,焦化粗苯中典型的硫化物噻吩和吡啶在FAU(八面沸石)分子筛上的吸附热;在焦化粗苯加氢条件下,在温度为573.15 K、压力为0.01～ 100 MPa条件下模拟噻吩类硫化物(噻吩、2-甲基噻吩、2,5-二甲基噻吩)和吡啶在分子筛上二组分的竞争吸附;在焦化粗苯加氢条件下,焦化粗苯进料条件下,模拟噻吩类硫化物和吡啶的多组分的竞争吸附和吸附位.研究表明:在Universal力场下,计算得到的噻吩吸附热(105.50 kJ/mol)和吡啶吸附热(62.93 kJ/mol)处于文献报道的范围内;在温度为573.15 K、压力为0.01～100 MPa的条件下,各吸附质的饱和吸附量大小顺序为:噻吩＞吡啶＞2-甲基噻吩＞2,5-二甲基噻吩,2-甲基噻吩和2,5-二甲基噻吩在分子筛上的吸附量较小,噻吩和吡啶的吸附量随着压力的增大不断增大.     

USY分子筛催化噻吩十二烯烷基化工艺条件的考察

以模拟汽油为原料,用小型间歇式反应器,对4种Y型分子筛催化噻吩—烯烃的烷基化反应性能进行评价。实验结果表明:分子筛USY1烷基化的活性和控制烯烃聚合明显优于其他3种催化剂。USY1分子筛催化噻吩—烯烃烷基化的最佳反应条件是:反应温度为140℃、反应时间为2h、剂油质量比为1∶10。在最佳反应条件下,噻吩转化率为88.17%,且重复使用4次催化剂仍具有较高的催化活性。     

磷酸与分子筛HZSM-5之间的密度泛函理论研究

对HZSM-5分子筛与H3PO4之间的相互作用进行了研究。结果表明,焙烧或蒸汽处理之前,磷酸的主要存在形式是化学吸附,吸附能分别是-49.31,-45.96kJ/mol,两者都是负值,表明吸附是一个放热过程,原因是氢键作用的存在。化学吸附包括H3PO4及质子化的H4PO4＋,H5P2O7＋在分子筛表面上的吸附。煅烧或蒸汽之后,磷酸与分子筛发生脱水反应,形成两种可能的作用模式,即磷化合物通过一个或两个氧桥同分子筛相连。因为由一个氧桥到两个氧桥模式的反应能垒是125.73kJ/mol,反之是47.59kJ/mol,所以有一个氧桥的模式较稳定,是主要存在模式,且较低的能垒使两个氧桥结构易于转化成一个氧桥稳定结构。     

频率响应法研究噻吩在CeY分子筛上的吸附行为

以NaY、液相Ce离子交换改性的Y型分子筛(L-CeY)为研究对象,运用N2吸附、XRD、NH3-TPD和Py-FTIR等实验方法表征两种Y型分子筛的物化性能。采用频率响应技术(FR)和智能重量分析仪(IGA)研究噻吩在两种分子筛上的吸附行为,并考察噻吩在稀土离子改性Y型分子筛上的不同吸附作用模式。结果表明,频率响应技术能够有效识别分子筛孔道内发生的不同传质过程。噻吩在NaY分子筛上的吸附行为较为简单,存在孔道吸附和π电子相互作用两种吸附过程;而在L-CeY分子筛上吸附行为较为复杂,同时存在孔道吸附和"S-M"吸附等多种吸附过程,另外,在高温条件下,还存在复杂的催化反应过程。     

12元环硅铝分子筛酸性及其B酸中心可接近性探究

采用原位红外光谱技术,以吡啶(Py)、2,6-二甲基吡啶(DMPy)、2,6-二叔丁基吡啶(DTPy)为探针分子,考察了HY、HMOR、Hβ3种12元环孔道结构分子筛的表面酸性及其孔道内B酸中心的可接近性。结果表明,HY分子筛表面酸密度最大,存在丰富的强B酸中心、强L酸中心,以及较多的弱B酸中心,而HMOR和Hβ分子筛表面酸密度较低,且主要为强B酸中心和强L酸中心;以孔道内硅铝桥羟基的变化规律计算B酸中心可接近性指数,结果发现,3种分子筛孔道内B酸中心对大分子碱性探针的可接近性顺序为HMORHβHY。     

苯与甲醇分子在ZSM-11分子筛中扩散行为的模拟

为了研究烷基化反应组分在分子筛限域孔道中的扩散特性，以ZSM-11分子筛为催化剂，利用分子动力学方法研究了苯与甲醇烷基化反应中反应物分子的扩散行为，并基于均方位移、自扩散系数和径向分布函数，系统的讨论了反应物分子的扩散行为对烷基化反应的影响。结果表明:在反应温度为673?K时，客体分子的动力学直径、分子筛孔道结构以及分子间的竞争扩散均对客体分子在分子筛中的扩散行为产生了影响。将为扩散影响苯与甲醇烷基化反应后续路径选择性的研究提供一定的理论基础。     

三种MWW型分子筛的合成与性能研究

采用动态水热晶化法在不同奈件下合成了3种分子筛MCM22,MCM49和MCM-56：以XRD,BET,NH3-TPD和吡啶吸附等方法对它们的构型、孔分布和酸性质进行了表征;以苯和丙烯烷基化合成异丙苯为模型反应,评价了3种分子筛的催化性能,探讨了分子筛孔道和酸性质对产物分布的影响。结果表明,MCM49的B酸量最多,而MCM-56具有更多的L酸;3种分子筛对苯与丙烯烷基化均具有良好的催化性能,烯烃转化率都在99.9％以上,并具有相近的产物分布。但MCM-49上异丙苯的选择性最高,产物正丙苯的量也最多;MCM-56的结构特点使其上容易发生异丙苯的深度烷基化,因而易于二异丙苯和三异丙苯的生成。     

CeY分子筛对HDS汽油的吸附脱硫及表面酸性的影响规律

用固相离子交换和液相离子交换法制备了CeY分子筛,利用X射线衍射(XRD)、N2物理吸附脱附、电感耦合等离子原子发射光谱仪(ICP)等方法表征了吸附剂的物理性质,借助NH3-TPD及吡啶-原位傅里叶变换红外(Py-FTIR)技术考察了吸附剂表面的酸度分布及酸类型。采用固定床动态吸附实验和色谱-硫化学发光检测(GCSCD)偶联技术系统考查了改性Y分子筛对加氢脱硫燃料油的吸附脱硫性能。结果表明,4种Y分子筛对加氢脱硫油脱硫能力大小顺序为S-CeYL-CeYNaYHY。表面酸性的差异显著地影响分子筛的吸附脱硫性能,两种方法制备的CeY分子筛表面酸性与NaY原粉差异较大,分子筛表面B酸中心是噻吩发生催化反应的活性中心。     

β沸石催化萘甲基化反应研究

通过实验研究了Hβ分子筛催化萘与甲醇的烷基化反应,主要考察了反应温度、物料比及质量空速对烷基化反应的影响.结果显示:在245℃时萘的转化率达到16%,1-甲基萘的选择性为45%.反应的适宜工艺条件为:温度:240～245℃;甲醇与萘的物质的量比1:1;质量空速0.8h-1.     

Hβ/OMC的制备及吸附脱硫研究

将介孔碳(OMC)与Hβ分子筛复合,制备了复合型吸附脱硫剂Hβ/OMC。采用XRD、BET、FTIR、SEM和TEM等手段对其进行表征,以苯并噻吩(BT)为探针分子,考察了Hβ/OMC的吸附脱硫性能,研究了Hβ/OMC分子筛吸附BT的热力学和动力学规律。结果表明,Hβ/OMC具有微-介孔结构,其比表面积、孔容及孔径均高于OMC;Hβ/OMC对BT的饱和吸附硫容量高于OMC;与Freundlich吸附等温模型相比,BT在Hβ/OMC上的吸附更符合Langmuir模型;Hβ/OMC对BT的吸附是自发、放热、混乱程度降低的过程,采用拟二级动力学方程比拟一级动力学方程对吸附过程描述得更好。     

柠檬酸改性Hβ分子筛酸性中心的调变与解析

采用不同浓度柠檬酸对Hβ分子筛进行改性,运用XRD、Ar吸附等温线等方法对其织构性质进行表征,并通过NH3⁃TPD和Py⁃FTIR关联改性Hβ分子筛的酸性质,以吡啶为探针分子,分析吡啶分子与Hβ分子筛各活性组成单元的作用形式。结果发现,Hβ分子筛除存在与硅铝桥羟基相关的B酸中心外,还存在与非骨架铝羟基基团有关的弱L酸中心以及缺陷位处三配位的Al羟基物种和AlO+有关的强L酸中心。非骨架铝物种与临近的硅铝桥羟基间存在协同作用,吡啶分子可以吸附在其L酸中心并与临近B酸中心产生键合,在高温时不易脱附。吡啶分子会优先吸附在酸性较强的硅铝桥羟基和缺陷位处三配位的Al羟基活性位上,而与非骨架铝羟基基团作用较弱。经柠檬酸处理后,分子筛中部分非骨架铝羟基物种被选择性移除,且未对骨架铝造成严重破坏。Hβ分子筛经柠檬酸酸处理后仍存在强L酸中心,此强L酸中心的存在方式可能与AlO+和缺陷位的三配位的Al物种有关。