沸石催化剂上的甲苯乙基化反应——改性ZSM-5沸石的催化性能

用周期表中第V及IIB族元素的氧化物对NK-HZSM-5沸石(南开大学用无胺法合成的)进行改性,研究改性沸石上甲苯乙基化反应的催化性能,以及反应条件(如反应温度、载气流速、甲苯/乙烯原料配比等)对催化性能的影响,发现HZSM-5沸石经氧化物改性后,使甲苯乙基化反应的活性下降而对位选择性却明显上升,这可归因于添加氧化物改变了沸石的孔径和表面酸性,致使对位选择性增加。     

硅改性对ZSM-5沸石催化剂择形性的影响

用硅修饰不同酸性的 HZSM-5、PZSM-5和 BiZSM-5沸石催化剂,发现随硅添加量增加,基质的总酸量减少,B 酸和 L 酸中心同时被覆盖,甲苯的乙基化活性下降,对位选择性升高。当加硅至7.2%时,它们各自提高10%、11%和43%。论述了影响选择性的因素,得出在孔内具有中等酸强度的酸中心是提高对位选择性和稳定性的重要条件之一。     

甲苯与乙醇选择性烷基化生成对甲乙苯

在ZSM-5沸石催化剂上甲苯与乙醇烷基化能直接生成甲乙苯和水。HZM-5通常只能得到三种异构体近似平衡组成的混合物。经水蒸汽处理的HZSM-5能够提高对位的选择性。由试验发现,甲苯乙基化其对位选择性随HZSM-5沸石的硅铝比增加而增加。经240小时稳定性试验表明,经磷酸改性的HZSM-5沸石催化剂的活性可达约11.5％,对位选择性可达97％以上。     

甲苯乙基化反应中ZSM-5沸石预处理及氧化物改质剂的影响

考察了几种国产ZSM-5型沸石上甲苯乙基化的催化性能。用直接合成法制得的ZSM-5型沸石经水蒸汽及积炭处理,发现沸石的甲苯乙基化反应的对位选择性增长次序为:水处理<积炭处理<(积炭处理+水处理),而活性正好相反。用几种氧化物作添加剂对沸石改性后,其甲苯乙基化对位选择性的提高顺序为P_2O_5-MgO及P_2O_5>Sb_2O_3>MgO,而改性后活性大小次序为MgO>P_2O_5-MgO>Sb_2O_3>P_2O_5。经20毫升催化剂上反应表明,由P_2O_5-MgO复台氧化物改性的HZSM-5沸石的活性可达12.5％左右,对位选择性可达97％以上。     

磷镁改性ZSM-5型沸石催化剂的催化活性与酸性

用氨的热失重及吡啶的中毒实验研究了 PHZSM-5/Al_2O_3及 PMgHZSM-5/Al_1O_3沸石催化剂的酸性,发现改性后的 HZSM-5型催化剂的强酸中心减弱,弱酸中心变化不大,并且经 P、Mg 改性后的酸分布变化比 P 改性后要明显,实验结果说明这主要是由于 P 或 P、Mg 进入了沸石的孔道内,并占据孔口的强酸中心部位以及发生孔口部分阻塞的缘故,这一效应抑制了对-甲乙苯异构化反应,从而提高了甲苯乙基化的对位选择性.     

磷镁改性ZSM-5型沸石催化剂的催化活性与酸性

用氨的热失重及吡啶的中毒实验研究了PHZSM-5/Al_2O_3及PMgHZSM-5/Al_2O_3沸石催化剂的酸性,发现改性后的HZSM-5型催化剂的强酸中心减弱,弱酸中心变化不大,并且经P、Mg改性后的酸分布变化比P改性后要明显,实验结果说明这主要是由于P或P、Mg进入了沸石的孔道内,并占据孔口的强酸中心部位以及发生孔口部分阻塞的缘故,这一效应抑制了对-甲乙苯异构化反应,从而提高了甲苯乙基化的对位选择性。     

硼、镁改性HZSM-5分子筛用于甲苯甲醇烷基化反应

采用Py-IR分析研究了硼(B)、镁(Mg)及B-Mg复合改性对HZSM-5分子筛表面酸性和催化性能的影响.结果表明,Mg、B及B-Mg复合改性后的HZSM-5,其B酸中心和L酸中心均降低.B元素的加入有利于对位选择性的提高,但会降低催化剂的稳定性.Mg元素的加入减缓了B元素的流失,提高了催化剂的稳定性,从而使得甲苯甲醇烷基化反应中对-二甲苯的收率大大提高.     

甲苯乙醇在钙改性ZSM-5分子筛上的乙基化反应

考察了钙改性ZSM-5分子筛的催化性能以及反应条件对甲苯乙基化催化活性和选择性的影响。NH_3-TPD、红外光谱和孔结构测试表明,强B酸中心减少和孔道变窄是提高对甲乙苯选择性的主要原因。含CaO 6mmol/g ZSM-5的催化剂具有较好的反应稳定性。钙改性沸石的水热稳定性不如镁改性的好。     

磷镁改质对HZSM-5沸石的酸性、活性及烯烃选择性的影响

利用脉冲微反和程序升温脱附研究磷、镁和磷-镁改质沸石的酸性、正己烷的裂化和氢转移活性以及烯烃选择性。当 HZSM-5上磷和镁含量增加时,反应条件下吡啶中毒所得到的酸中心数、裂化活性和单位酸中心上转化频率降低。在3%磷改性的 HZSM-5上加入镁时,沸石的酸中心数、裂化活性和单位酸中心上转化频率都随着镁含量增加而增加。结果还表明,裂化反应主要是在强酸中心上进行,随着沸石的酸性降低,氢转移反应减弱,烯烃选择性增加。氨的 TPD 表明,HZSM-5沸石上强弱酸中心随着磷或镁含量增加而减小,而且强酸中心比弱酸中心下降得快,当磷或镁含量达一定值时,强酸峰消失。在含3%PHZSM-5上,强酸中心和弱酸中心随镁含量增加而增加。     

锑改性 HZSM-5上甲苯的对位选择性甲基化

用脉冲微反应装置研究了锑改性HZSM-5上甲苯甲基化反应,并用X-射线衍射、4-甲基喹啉选择性中毒等方法对催化剂进行了表征。试验表明,改性催化剂上Sb_2O_3含量存在一个阈值,低于此阈值时不出现锑的衍射峰,甲苯转化率随锑含量单调下降,对位选择性增加;高于阈值则出现Sb_2O_4衍射峰,甲苯转化率恒定,对位选择性趋于100％,外表面及孔口不再存在可被4-甲基喹啉中毒的酸中心。从而得出,抑制对二甲苯在催化剂外表面及孔口酸中心上的异构化是提高对位甲基化选择性的主要原因。     

磷、硅改性对HZSM-5沸石催化性能的影响

通过化学液相沉积对HZSM-5沸石进行磷、硅改性,制备了一系列催化剂.采用固定床微型反应器对催化剂的反应性能进行评价.考察了磷和硅沉积量、改性次数等对甲苯歧化反应性能的影响.实验结果发现,随着硅沉积量的增加,甲苯歧化的转化率逐渐下降,对位选择性逐渐升高,副反应越来越明显.磷改性的催化剂随着磷沉积量的增加转化率下降,但对位选择性基本没有变化,副反应得到一定程度的抑制.磷硅复合改性综合二者的特点,得到了较高的对位选择性,并一定程度上抑制了副反应的发生.     

水热处理对 ZSM-5沸石的酸性、活性及烯烃选择性的影响

采用脉冲催化色谱分流技术,通过正己烷在 HZSM-5沸石上的裂化反应和反应条件下的吡啶中毒以及氨的程序升温脱附(TPD)研究了水热处理对 HZSM-5沸石酸性、活性及烯烃选择性的影响。得出未处理的 HZSM-5有强弱不同的两类酸中心。随着水热处理温度的提高,强酸中心峰向低温方向位移,弱酸中心峰向高温方向位移,前者比后者下降得快;到730℃时,强酸中心消失。同时得出了不同酸中心对正己烷裂化反应的影响,以及正己烷在不同处理沸石上裂化对的氢转移规律。     

ZSM-5分子筛酸性修饰及探针分子表征

采用柠檬酸、硫醚、苯胺、二苯胺、磷酸二氢铵及硅油作为改性试剂对二甲苯异构化专用HZSM-5分子筛进行液相浸渍改性,结合甲苯、邻二甲苯、间二甲苯、乙苯及间二异丙苯的脉冲反应表征,对各种改性手段的效果进行评估。各种改性方法对微孔体积和比表面积的影响很小,均减弱了酸性,对L酸的影响大于B酸。5种探针反应结果表明:柠檬酸改性强化了分子筛酸性,提高了歧化/异构化活性;磷酸二氢铵改性提高了歧化和脱乙基反应活性;苯胺、二苯胺、硫醚改性手段部分钝化了分子筛酸性,降低了歧化异构化活性;随着改性剂分子尺寸的增大,钝化外表面酸性越明显,从而改变分子筛孔内外的酸位分布,产生不同程度的择形效果;硅油改性充分地钝化了外表面酸性,形成最明显的择形效应。     

沸石分子筛HZSM-11表面的两种反应活性中心 Ⅱ.HZSM-11沸石吸附和表面酸性的研究

试验表明了HZSM-11沸石催化邻二甲苯脱烷基和异构化反应的适用性。这种为单一酸中心所催化的简单反应可作为模型反应表征沸石的表面酸性。试验结果表明HZSM-11沸石表面上存在着使邻二甲苯脱烷基(以甲苯的选择性表示)和异构化(以对二甲苯的选择性表示)活性的两种酸中心。其中脱烷基活性的酸中心较强,其酸中心数随温度的升高而增多,随沸石硅铝比的增大而减少。具有异构化活性的酸中心数随温度的升高而减少,可以认为在较高反应温度下,它会部分转化为具有脱烷基活性的酸中心。吡啶首先使脱烷基活性中心中毒,由吡啶的吸附量可以分别得到沸石表面总活性中心数、脱烷基活性中心数和异构化活性中心数。     

固态离子交换制备的Mg-ZSM-5沸石催化剂的酸性和催化行为

采用固态反应方法制备了一系列不同镁含量的Ｍｇ－ＺＳＭ－５沸石催化剂，并用Ｘ光衍射、ＴＰＤ和ＩＲ技术测试了这些催化剂的结构和表面酸性。结果表明，经固态反应处理后，沸石的结构和结晶度未发生变化，而表面Ｂ酸中心随催化剂中镁含量增加而显著减少，Ｌ酸中心则略有增加。对甲苯甲基化催化性能考察结果表明，改性后的沸石催化剂显著改善了初始活性和寿命，对位选择性从原来２４％增加到８０％—９０％。这些结果进一步表明，固态反应是沸石改性的有效和方便的方法之一。     

硼酸水溶液处理对HZSM—5沸石催化剂催化性能的影响

用硼酸水溶液对HZSM-5沸石催化剂进行了处理,以甲苯-乙醇烷基化反应为探针反应,考察了催化剂的择形催化反应性能。采用XRD_4 IR和TPD方法,对硼酸水溶液处理的改性机理及其对择形催化反应性能的影响进行了研究。结果表明,硼酸水溶液处理加速了沸石骨架脱铝;同时,硼化物覆盖了表面酸中心,堵塞了孔道,因而提高了反应的选择性;并且形成了相对适量的中等强度L酸中心,从而提高了催化剂的稳定性。     

甲苯-乙醇烷基化影响因素的考察

采用HZSM-5沸石催化剂,在反应温度为340℃、甲苯/乙醇摩尔比为1的条件下,考察了空速、N_2/(甲苯+乙醇)摩尔比对烷基化反应的影响。提出了一种筛选反应条件的优化方法。通过用B、La、P、B-La单双离子改性的ZSM-5沸石催化剂进行甲苯/乙醇烷基化反应,都得到了较理想的反应结果。其中用单一硼离子改性的ZSM-5沸石催化剂,甲苯转化率可达22.90％,对甲乙苯选择性为98％。     

甲醇制低碳烯烃催化剂的制备与改性

合成了ZSM-5分子筛,对其进行改性制备了HZSM-5和Ca/HZSM-5催化剂,并采用X射线衍射、扫描电子显微镜、X射线能谱、傅里叶变换红外光谱和吡啶-程序升温脱附方法对催化剂进行了表征。以氮气为载气,在常压、500℃的反应条件下,在连续流动固定床反应器上考察了HZSM-5和Ca/HZSM-5催化剂对甲醇制低碳烯烃反应的催化性能。表征结果显示,Ca/HZSM-5与HZSM-5催化剂相比,酸强度降低,B酸中心数量减少,L酸中心数量增加;评价结果显示,Ca改性后Ca/HZSM-5催化剂的稳定性与转化产物中低碳烯烃的总选择性均显著提高,丙烯选择性由Ca改性前的30%提高到40%。结合催化剂的表征与评价结果,探讨了催化剂酸强度及其分布与催化剂稳定性和甲醇转化产物分布的关系。     

钾镁改性ZSM-5分子筛催化剂的研制及烷基化性能

系统地分析了水蒸汽处理、钾离子交换以及氧化镁浸渍对ZSM-5分子筛甲苯乙醇乙基化性能的影响。三者适当的结合可制备出高活性和高对位选择性的烷基化催化剂。实验证明,覆盖外表面的酸中心和减少强酸中心数是提高ZSM-5烷基化择形性的关键。尽量避免改性物在孔内沉积,减少孔道堵塞,有助于保持改性分子筛的高活性。     

磷改性HZSM-5沸石分子筛上乙醇和乙酸酯化反应的研究

用HZSM-5及磷改性HZSM-5作为乙醇和乙酸酯化反应的催化剂,研究了催化剂的处理方法、不同反应条件及磷的加入对酯化反应的影响。结果表明:不同处理方法得到的催化剂,对酯化反应影响很大,磷的加入可以调变沸石表面酸性及孔结构,在适当的磷改性范围内,乙醇转化率变化不大,但酯化反应选择性明显提高。