多级孔结构ZSM-5催化剂的制备及其甲苯歧化反应性能评价

      随着石油资源的缩减,石油资源的深度开发与利用成为人们关注的热点。ZSM-5分子筛是石油加工中最有潜力的的催化剂之一。例如,它是对二甲苯生产中必不可缺的催化剂。

      ZSM-5分子筛具有独特的三维立体孔道结构、可调节的硅铝比、热稳定高和较好的抗积碳能力。近年来,学者们对其合成方法进行优化,并且在合成过程中进行修饰改性,发现不同的形貌和结构对其择形性和转换率均有影响。ZSM-5分子筛属于微孔沸石分子筛,其微孔的孔道大小不仅限制其应用范围而且限制其催化效率,所以学者们提出了在微孔结构中引入介孔的设想,即制备介孔ZSM-5分子筛。

      介孔ZSM-5分子筛兼具微孔沸石的水热稳定性等优点和介孔材料优秀的传质性能,可以提高催化剂内反应物扩散效率,从而提高反应活性。目前,向ZSM-5体系引入介孔的方法中碳模板法操作简单,方法成熟最易实现。但使用廉价的碳颗粒为模板,无法得到介孔尺寸均一的ZSM-5分子筛。

      本研究首先对ZSM-5的合成进行了研究,进而利用碳模板制备介孔尺寸均一的多级孔ZSM-5分子筛催化剂,最后对其成型工艺进行了探究。

      主要完成了以下工作：(1)利用低纯度的TPAOH作为模板剂,通过对合成条件的探索,得到了ZSM-5分子筛。用电子扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对ZSM-5分子筛的晶体结构和形貌进行了表征。结果表明,通过调节乙醇含量,可以制备出晶粒较大,晶形完美并且无其他晶相的ZSM-5分子筛。(2)以氧化改性的活性炭为硬模板,采用水热合成法制备多级孔ZSM-5分子筛催化剂。通过SEM、TEM、XRD、氮气吸附脱附、孔径分析、NH3-TPD和固定床反应对催化剂进行表征。结果表明,制备出的ZSM-5分子筛催化剂具有尺寸均一介孔结构,并且可以通过调节碳模板的加入量来控制晶粒的大小及形貌。在甲苯歧化中,氧化改性碳模板合成出的多级孔ZSM-5分子筛催化剂具有优异的催化性能,催化活性优于工业分子筛。(3)利用将壳聚糖、分子筛和TEOS混合滴入TPAOH中成型的新方法制备出了球状整体式分子筛。利用SEM、氮气吸附脱附、孔径分析、NH3-TPD对其进行表征。

      结果表明,球状整体式分子筛催化剂颗粒均匀,提高了扩散效率而且对甲苯歧化反应具有良好的催化效果,具有潜在的工业应用价值。