多级孔Beta和ZSM-5分子筛的合成及其催化性能研究
发布时间：2021-03-26 18:57
分子筛是结晶的硅铝酸盐材料,由于具有良好的水热稳定性、强酸性、择形性和有序的微孔结构,在与多相催化、吸附和分离等相关的许多现代工业过程中得到了广泛应用。其中,具有三维十二元环孔道结构的Beta（*BEA拓扑结构）和二维十元环交叉孔道的ZSM-5（MFI拓扑结构）分子筛是两种重要的工业催化剂,它们被广泛应用于加氢裂化、异构化和芳构化等石油化工过程中。但传统的微孔分子筛（孔径<2 nm）会导致反应物/产物分子扩散受限,从而带来许多问题,例如:反应速率降低、反应活性位点失活,特别是涉及大分子的反应。多级孔分子筛是同时具有微孔、介孔、大孔至少两种孔径的多孔材料,极大地降低了传质扩散阻力、减小积碳生成速率和促进大分子接近活性位点,同时保持传统微孔分子筛的酸度和结晶度,在涉及大分子催化反应领域具有较好的应用前景。而某些特殊形貌结构（如中空结构、片层）的多级孔分子筛更因为其独特的结构优势,具有更好的吸附、催化、电子传导等性能。普通多级孔分子筛晶体中的催化反应,由于晶体内部存在扩散限制,一定程度上降低了催化剂的利用率。中空结构的多级孔分子筛具有大内腔空间和较薄的中/微双孔壁可以显著促进反应物和产...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
国际分子筛协会收录的245种分子筛拓扑结构（该图来源于国际分子筛协会网站）
华南理工大学硕士学位论文4下进行，然而这些催化剂带来了一些问题，如腐蚀、高污染、催化剂难以分离和回收。而Beta分子筛具有优异的烷基化反应活性，且易于回收[6]。图1-2Beta分子筛沿不同晶向孔道结构示意图(a)[010],(b)[100]and(c)[001][14]Fig.1-2StereographicdrawingsandperspectivesviewsofzeoliteBetaviewedalongaxis(a)[010],(b)[100]and(c)[001]（2）异构化反应：Beta分子筛在正构烷烃和葡萄糖异构化反应中表现出了优异的催化性能。汽油中的辛烷值越高，抗暴性能越高，提高汽油中辛烷值的方法是增加汽油中支链烷烃的含量、减小直链烷烃的含量，通过异构化反应可将直链烷烃异构化为支链烷烃。正构烷烃异构化常用的催化剂有丝光沸石和Y沸石，除此之外Beta分子筛也显示出优异的催化性能[17]。Davis等人[5]合成了具有Lewis酸中心的疏水性Sn-Beta和Ti-Beta分子筛用于葡萄糖的异构化，结果表明分子筛基的金属催化剂和金属酶具有相同催化效果。但分子筛催化剂非常稳定，可以在无法使用酶的加工条件下作为催化剂，如低PH和高温条件下。之后，他们也证明Sn-Beta分子筛也可用于其他单糖（如半乳糖、戊糖和三糖）的异构化[20-22]。（3）生物质转化反应：为了响应全球绿色化学发展的号召，各个领域对可持续能源的需求日益增加，促使学术界和工业界寻找替代传统化石能源的材料。由于生物质分布广泛，具有可再生性，低污染性，可以转化为附加值更高的化学品和燃料，引起了许多科学家的关注。分子筛催化剂在许多生物质转化途径中起着重要的作用，如生物质转
华南理工大学硕士学位论文6（3）甲醇转化为碳氢化合物：随着国民经济的发展，人们对能源需求量日益增加，甲醇制碳氢化合物（汽油、轻质烯烃）是重要的化工过程。甲醇可以由煤炭、天然气或生物质生产。MobilOil公司首次使用ZSM-5分子筛将甲醇转化为汽油。Bjrgen等人[7]和Lietz等人[30]将通过脱硅获得的多级孔ZSM-5用于甲醇制汽油，两项研究均表明，与传统的微孔ZSM-5分子筛相比，多级孔ZSM-5分子筛具有更长的使用寿命。Bjrgen等人计算表明催化剂的寿命（以总转化能力来量化）增加了3.3倍，产物的选择性也大大改变了。通过控制骨架Al含量可以调节催化剂的活性、选择性以及稳定性。ZSM-5分子筛也可用做甲醇制烯烃反应的催化剂，Mei等人[31]发现在微孔ZSM-5分子筛中引入介孔，可以显著提高丙烯/乙烯比以及丙烯的选择性。（4）NH3-SCR：燃煤电厂和工业锅炉释放的氮氧化物被认为是主要的大气污染物之一，它对人类健康和生态环境造成了严重威胁，例如降低血液的氧结合能力、导致淋巴样增生、肺癌、酸雨、光化学烟雾、臭氧层破坏等等。因此，控制和减少毒物NOx的排放是迫在眉睫的。在过去的几十年中，相关部门制定了严格的法规，研究人员也开发了许多策略来治理NOx。其中，氨选择性催化还原NOx(NH3-SCR)被认为是治理NOx排放最有前途的技术之一。过渡金属(Cu、Fe)交换的沸石基催化剂，特别是Cu-SSZ-13和Fe-ZSM-5，具有高的NH3-SCR催化活性，高的热耐受性、环境友好以及低成本，引起了广泛的关注[32,33]。图1-3ZSM-5分子筛孔道结构示意图[34]Fig.1-3ThechannelstructureinZSM-51.3微孔分子筛材料的局限性和解决方法1.3.1微孔分子筛材料的局限性
【参考文献】：
期刊论文
[1]Effect of preparation methods on the performance of CuFe-SSZ-13 catalysts for selective catalytic reduction of NOx with NH3[J]. Yijiao Wang,Lijuan Xie,Fudong Liu,Wenquan Ruan. Journal of Environmental Sciences. 2019(07)
[2]TEOS-化学液相沉积法改性ZSM-5催化剂上的高选择性甲苯择形歧化反应（英文）[J]. 腾晖,王军,任晓乾,陈德民. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2011(02)
本文编号：3102082
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
国际分子筛协会收录的245种分子筛拓扑结构（该图来源于国际分子筛协会网站）
华南理工大学硕士学位论文4下进行，然而这些催化剂带来了一些问题，如腐蚀、高污染、催化剂难以分离和回收。而Beta分子筛具有优异的烷基化反应活性，且易于回收[6]。图1-2Beta分子筛沿不同晶向孔道结构示意图(a)[010],(b)[100]and(c)[001][14]Fig.1-2StereographicdrawingsandperspectivesviewsofzeoliteBetaviewedalongaxis(a)[010],(b)[100]and(c)[001]（2）异构化反应：Beta分子筛在正构烷烃和葡萄糖异构化反应中表现出了优异的催化性能。汽油中的辛烷值越高，抗暴性能越高，提高汽油中辛烷值的方法是增加汽油中支链烷烃的含量、减小直链烷烃的含量，通过异构化反应可将直链烷烃异构化为支链烷烃。正构烷烃异构化常用的催化剂有丝光沸石和Y沸石，除此之外Beta分子筛也显示出优异的催化性能[17]。Davis等人[5]合成了具有Lewis酸中心的疏水性Sn-Beta和Ti-Beta分子筛用于葡萄糖的异构化，结果表明分子筛基的金属催化剂和金属酶具有相同催化效果。但分子筛催化剂非常稳定，可以在无法使用酶的加工条件下作为催化剂，如低PH和高温条件下。之后，他们也证明Sn-Beta分子筛也可用于其他单糖（如半乳糖、戊糖和三糖）的异构化[20-22]。（3）生物质转化反应：为了响应全球绿色化学发展的号召，各个领域对可持续能源的需求日益增加，促使学术界和工业界寻找替代传统化石能源的材料。由于生物质分布广泛，具有可再生性，低污染性，可以转化为附加值更高的化学品和燃料，引起了许多科学家的关注。分子筛催化剂在许多生物质转化途径中起着重要的作用，如生物质转
华南理工大学硕士学位论文6（3）甲醇转化为碳氢化合物：随着国民经济的发展，人们对能源需求量日益增加，甲醇制碳氢化合物（汽油、轻质烯烃）是重要的化工过程。甲醇可以由煤炭、天然气或生物质生产。MobilOil公司首次使用ZSM-5分子筛将甲醇转化为汽油。Bjrgen等人[7]和Lietz等人[30]将通过脱硅获得的多级孔ZSM-5用于甲醇制汽油，两项研究均表明，与传统的微孔ZSM-5分子筛相比，多级孔ZSM-5分子筛具有更长的使用寿命。Bjrgen等人计算表明催化剂的寿命（以总转化能力来量化）增加了3.3倍，产物的选择性也大大改变了。通过控制骨架Al含量可以调节催化剂的活性、选择性以及稳定性。ZSM-5分子筛也可用做甲醇制烯烃反应的催化剂，Mei等人[31]发现在微孔ZSM-5分子筛中引入介孔，可以显著提高丙烯/乙烯比以及丙烯的选择性。（4）NH3-SCR：燃煤电厂和工业锅炉释放的氮氧化物被认为是主要的大气污染物之一，它对人类健康和生态环境造成了严重威胁，例如降低血液的氧结合能力、导致淋巴样增生、肺癌、酸雨、光化学烟雾、臭氧层破坏等等。因此，控制和减少毒物NOx的排放是迫在眉睫的。在过去的几十年中，相关部门制定了严格的法规，研究人员也开发了许多策略来治理NOx。其中，氨选择性催化还原NOx(NH3-SCR)被认为是治理NOx排放最有前途的技术之一。过渡金属(Cu、Fe)交换的沸石基催化剂，特别是Cu-SSZ-13和Fe-ZSM-5，具有高的NH3-SCR催化活性，高的热耐受性、环境友好以及低成本，引起了广泛的关注[32,33]。图1-3ZSM-5分子筛孔道结构示意图[34]Fig.1-3ThechannelstructureinZSM-51.3微孔分子筛材料的局限性和解决方法1.3.1微孔分子筛材料的局限性
【参考文献】：
期刊论文
[1]Effect of preparation methods on the performance of CuFe-SSZ-13 catalysts for selective catalytic reduction of NOx with NH3[J]. Yijiao Wang,Lijuan Xie,Fudong Liu,Wenquan Ruan. Journal of Environmental Sciences. 2019(07)
[2]TEOS-化学液相沉积法改性ZSM-5催化剂上的高选择性甲苯择形歧化反应（英文）[J]. 腾晖,王军,任晓乾,陈德民. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2011(02)
本文编号：3102082
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxue/3102082.html
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