本文關(guān)鍵詞：多級孔HZSM-5分子篩催化劑的制備及其芳構(gòu)化性能研究

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【摘要】：隨著環(huán)境污染和能源危機(jī)的日益加劇,以原油為原料經(jīng)過催化裂解生產(chǎn)BTX芳烴的傳統(tǒng)路徑受到了極大的挑戰(zhàn)。由于我國富產(chǎn)煤,而經(jīng)過煤化工又會生產(chǎn)大量的甲醇,因此甲醇生產(chǎn)芳烴是一條經(jīng)濟(jì)有效的工藝路線。此外,近年來生物柴油行業(yè)的大力發(fā)展造成了大量的副產(chǎn)物——甘油的堆積,因此,將甘油轉(zhuǎn)化為具有較高經(jīng)濟(jì)價值的BTX芳烴不僅可以有效提高生物柴油行業(yè)的經(jīng)濟(jì)價值,而且還能保證整個過程的碳平衡,減少溫室氣體的產(chǎn)生。HZSM-5分子篩以其獨特的酸性質(zhì)和孔道結(jié)構(gòu)成為選擇性制備BTX芳烴最有效的催化劑。傳統(tǒng)的微孔HZSM-5沸石分子篩孔道較窄,在芳構(gòu)化反應(yīng)中極易積碳失活。多級孔HZSM-5分子篩能在保證微孔沸石分子篩的酸性質(zhì)、水熱穩(wěn)定性以及擇形微孔孔徑結(jié)構(gòu)的同時,引入了介孔,使得在有大分子參與且擴(kuò)散控制的芳構(gòu)化反應(yīng)中,既能提供必要的芳構(gòu)化活性中心,同時又能減小擴(kuò)散阻力。因此研究并開發(fā)多級孔HZSM-5分子篩對芳構(gòu)化反應(yīng)有著重要意義。本文首先采用堿處理法,分別用不同濃度的NaOH水溶液對傳統(tǒng)的微孔HZSM-5分子篩進(jìn)行脫硅改性制得多級孔1IZSM-5分子篩,并在常壓、反應(yīng)溫度為400℃、質(zhì)量空速為0.95h-1件下,考察各分子篩在甘油芳構(gòu)化中的催化活性。結(jié)果表明,0.3 M NaOH處理后所得分子篩的孔道尺寸及酸性質(zhì)都比較適中,在甘油芳構(gòu)化中的BTX總收率是改性前的兩倍,使用壽命延長至改性前的三倍。本文還選用五種不同的介孔模板劑(PTEOS、CTA、DDAC、PDD-AM和CNT),利用水熱法分別合成了多級孔HZSM-5分子篩,并考察這些分子篩在甲醇芳構(gòu)化中的催化性能。研究發(fā)現(xiàn),制備的這些多級孔分子篩結(jié)晶度均較好,且都能引入一定量的介孔,其中以碳納米管(CNT)為介孔模板劑的分子篩具有明顯的微-介孔相互交叉的結(jié)構(gòu),在甲醇芳構(gòu)化中表現(xiàn)出高且穩(wěn)定的催化活性,積碳速率最慢。因此,以CNT為最優(yōu)介孔模板劑,分別考察了晶化時間、晶化溫度、反應(yīng)體系pH、硅鋁比及CNT用量對合成多級孔HZSM-5分子篩的影響。結(jié)果表明,在晶化時間為5天、晶化溫度為170℃、合成體系中pH范圍為10～11、原料硅鋁比為80、CNT的質(zhì)量占原料總質(zhì)量的0.67%時,所得的多級孔HZSM-5分子篩具有相對較好的結(jié)晶度、適宜的酸性質(zhì)、較大的孔體積和比表面積,且在甲醇芳構(gòu)化中具有相對較高的催化活性及穩(wěn)定性。以最優(yōu)合成條件下制備得到的多級孔HZSM-5分子篩為催化劑,在常壓、甲醇單獨進(jìn)料的條件下,考察了反應(yīng)溫度和空速對甲醇芳構(gòu)化的影響。研究表明,在反應(yīng)溫度為428℃、空速為2.67 h-1,BTX芳烴的收率較高,催化劑的活性及穩(wěn)定性都保持得相對較好。
【關(guān)鍵詞】：多級孔HZSM-5分子篩 堿處理 水熱合成 介孔模板劑 芳構(gòu)化
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O643.36
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 文獻(xiàn)綜述11-24
• 1.1 ZSM-5分子篩的研究概況11-14
• 1.1.1 ZSM-5分子篩的簡介11-12
• 1.1.2 ZSM-5分子篩的合成方法12-13
• 1.1.3 ZSM-5分子篩的應(yīng)用13-14
• 1.2 多級孔分子篩的研究概況14-20
• 1.2.1 多級孔分子篩的簡介15-16
• 1.2.2 多級孔分子篩的合成方法16-19
• 1.2.3 多級孔分子篩在催化領(lǐng)域的應(yīng)用19-20
• 1.3 醇類芳構(gòu)化反應(yīng)研究概況20-22
• 1.3.1 甲醇芳構(gòu)化的研究21-22
• 1.3.2 甘油芳構(gòu)化的研究22
• 1.4 本文的研究思路及內(nèi)容22-24
• 第二章 實驗方案24-32
• 2.1 實驗內(nèi)容24
• 2.2 實驗藥品及儀器24-25
• 2.3 多級孔HZSM-5分子篩催化劑的制備25-26
• 2.3.1 脫硅改性制備多級孔分子篩25-26
• 2.3.2 模板劑法合成多級孔分子篩26
• 2.4 催化劑的活性評測26-30
• 2.4.1 活性評測裝置26-27
• 2.4.2 活性評測流程27
• 2.4.3 產(chǎn)物分析27-30
• 2.4.4 數(shù)據(jù)處理30
• 2.5 催化劑的表征30-32
• 第三章 堿處理法制備多級孔HZSM-5分子篩32-40
• 3.1 引言32
• 3.2 催化劑的制備32
• 3.3 催化劑的結(jié)構(gòu)、形貌及酸性表征32-36
• 3.3.1 催化劑的X射線衍射(XRD)分析結(jié)果32-33
• 3.3.2 催化劑的N_2吸附-脫附分析結(jié)果33-34
• 3.3.3 催化劑的透射電鏡(TEM)分析結(jié)果34-35
• 3.3.4 催化劑的表面酸性(NH_3-TPD)分析結(jié)果35-36
• 3.4 催化劑在甘油芳構(gòu)化中的性能研究36-37
• 3.5 催化劑在甘油芳構(gòu)化中的積碳考察37-39
• 3.6 本章小結(jié)39-40
• 第四章 不同介孔模板劑合成多級孔HZSM-5分子篩40-49
• 4.1 引言40
• 4.2 催化劑的制備40-41
• 4.3 催化劑的結(jié)構(gòu)、形貌及酸性表征41-45
• 4.3.1 催化劑的X射線衍射(XRD)分析結(jié)果41
• 4.3.2 催化劑的紅外光譜(IR)分析結(jié)果41-42
• 4.3.3 催化劑的N_2吸附-脫附分析結(jié)果42-43
• 4.3.4 催化劑的透射電鏡(TEM)分析結(jié)果43-44
• 4.3.5 催化劑的表面酸性(NH_3-TPD)分析結(jié)果44-45
• 4.4 各多級孔HZSM-5分子篩在甲醇芳構(gòu)化中的性能研究45-47
• 4.5 各多級孔HZSM-5分子篩在甲醇芳構(gòu)化中的積碳考察47-48
• 4.6 本章小結(jié)48-49
• 第五章 合成條件對以碳納米管為介孔模板劑的多級孔HZSM-5分子篩的影響49-65
• 5.1 引言49
• 5.2 晶化時間的影響49-50
• 5.3 晶化溫度的影響50-53
• 5.4 pH的影響53-55
• 5.5 硅鋁比的影響55-60
• 5.5.1 不同硅鋁比分子篩的物化性質(zhì)55-58
• 5.5.2 不同硅鋁比分子篩的甲醇芳構(gòu)化性能及積碳考察58-60
• 5.6 碳納米管用量的影響60-64
• 5.6.1 不同CNT用量分子篩的物化性質(zhì)60-62
• 5.6.2 不同CNT用量分子篩的甲醇芳構(gòu)化性能及積碳考察62-64
• 5.7 本章小結(jié)64-65
• 第六章 甲醇芳構(gòu)化工藝條件的優(yōu)化65-70
• 6.1 引言65
• 6.2 溫度對甲醇芳構(gòu)化的影響65-67
• 6.2.1 溫度對BTX收率的影響65-66
• 6.2.2 溫度對催化劑穩(wěn)定性及積碳的影響66-67
• 6.3 空速對甲醇芳構(gòu)化的影響67-69
• 6.3.1 空速對BTX收率的影響68
• 6.3.2 空速對催化劑穩(wěn)定性及積碳的影響68-69
• 6.4 本章小結(jié)69-70
• 結(jié)論與展望70-72
• 參考文獻(xiàn)72-78
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的學(xué)術(shù)成果78-79
• 致謝79

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1 王利軍,李寶會,金慶華,朱水平,郭振亞,王敬中,丁大同;模板劑在沸石合成過程中的作用機(jī)理研究[J];化學(xué)物理學(xué)報;2000年03期

2 王錦航,劉中民,孫振剛,楊越,何艷麗,許磊,齊越;以1,6-己二胺為模板劑的層狀磷酸鋯晶體的合成與表征[J];催化學(xué)報;2004年05期

3 李林剛;唐渝;張淵明;楊駿;杜碧瑩;;不同胺模板劑合成有孔硫化鋅納米空球[J];暨南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2007年01期

4 王業(yè)紅;譚涓;劉靖;陳穎;李旭影;;萃取法脫除介孔磷酸鎳模板劑的研究[J];化學(xué)學(xué)報;2010年23期

5 許本靜;龍軍;閻子峰;朱玉霞;田輝平;;以蔗糖為模板劑合成介孔氧化鋁[J];工業(yè)催化;2010年01期

6 馮雷;孫健;魏夢雪;李學(xué)強(qiáng);;多核季胺鹽類功能分子篩模板劑的合成[J];合成化學(xué);2012年06期

7 萬穎,盧冠忠;混合模板劑合成鈦硅分子篩[J];華東理工大學(xué)學(xué)報;1997年02期

8 馬允;;模板劑對中孔氧化鋯結(jié)構(gòu)的影響[J];化工技術(shù)與開發(fā);2009年03期

9 黃永茂;徐智策;張志艷;張雪梅;;三模板劑法合成鈦硅介孔納米球[J];河北工業(yè)科技;2010年01期

10 馬志軍;邵榮策;朱一民;李艷軍;;模板劑對阜新天然沸石制備分子篩的影響[J];非金屬礦;2012年06期

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1 田濤;李激揚;梁志強(qiáng);于吉紅;徐如人;;以2-甲基-1,5-戊二胺為模板劑的開放骨架磷酸鹽的合成與結(jié)構(gòu)[A];第十五屆全國分子篩學(xué)術(shù)大會論文集[C];2009年

2 黃風(fēng)華;;有機(jī)模板劑對磷酸鋅鋁分子篩晶相形成的影響[A];中國化學(xué)會第四屆有機(jī)化學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集[C];2005年

3 張斌;宋曉偉;徐君;閆文付;于吉紅;鄧風(fēng);徐如人;;有機(jī)模板劑在相似晶化條件下的結(jié)構(gòu)導(dǎo)向能力研究[A];中國化學(xué)會第27屆學(xué)術(shù)年會第08分會場摘要集[C];2010年

4 莊稼;遲燕華;王棟;;低熱固相反應(yīng)中軟模板劑對復(fù)合氧化物形貌的影響[A];中國化學(xué)會第二十五屆學(xué)術(shù)年會論文摘要集（下冊）[C];2006年

5 王一萌;岳明波;魏峰;周瑜;萬密密;朱建華;;綜合利用介孔合成材料里的模板劑膠束[A];第十七屆全國分子篩學(xué)術(shù)大會會議論文集[C];2013年

6 蘇婕;尤力平;王穎霞;廖復(fù)輝;林建華;;具有STF骨架的二氧化硅沸石合成與結(jié)構(gòu)分析[A];中國晶體學(xué)會第四屆全國會員代表大會暨學(xué)術(shù)會議學(xué)術(shù)論文摘要集[C];2008年

7 孫元元;韓書華;;以短鏈三聚表面活性劑為模板劑合成超微孔二氧化硅材料[A];中國化學(xué)會第十二屆膠體與界面化學(xué)會議論文摘要集[C];2009年

8 趙慧茹;李牛;項壽鶴;;SAPO-34分子篩硅分布控制的合成研究[A];第十七屆全國分子篩學(xué)術(shù)大會會議論文集[C];2013年

9 韓偉;賈玉心;熊國興;楊維慎;;無模板劑的溶膠凝膠法合成介微孔復(fù)合材料[A];中國化工學(xué)會2005年石油化工學(xué)術(shù)年會論文集[C];2005年

10 程琳;楊國昱;;新穎籠狀硼酸鋁的合成與結(jié)構(gòu)[A];中國化學(xué)會第五屆全國多酸化學(xué)學(xué)術(shù)研討會論文摘要集[C];2013年

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1 肖麗萍;多孔化合物脫模板劑研究[D];浙江大學(xué);2006年

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6 郭亞楠;過渡金屬摻雜微孔磷酸鋁化合物的合成、表征與脫模板劑研究[D];吉林大學(xué);2012年

7 王炎;介孔TiO_2的模板法合成及結(jié)構(gòu)修飾研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2006年

8 魏晶;兩親性模板劑的設(shè)計及其用于新型大孔徑有序介孔材料的合成及應(yīng)用[D];復(fù)旦大學(xué);2013年

9 殷立雄;Sm_2O_3微晶的水熱與溶劑熱法制備工藝、結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系研究[D];陜西科技大學(xué);2012年

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1 徐丹;EU-1及其共生分子篩的合成研究[D];太原理工大學(xué);2013年

2 周鳳翔;介孔Beta沸石的制備及表征[D];太原理工大學(xué);2015年

3 劉傳英;多級孔材料的合成與應(yīng)用[D];東南大學(xué);2015年

4 蔣章;SAP0-34分子篩制備技術(shù)改進(jìn)及其對氯甲烷催化轉(zhuǎn)化制低碳烯烴影響研究[D];華東理工大學(xué);2016年

5 陳翔;多級孔道5A分子篩的合成及吸附性能研究[D];華東理工大學(xué);2016年

6 郭兵;有機(jī)胺模板的硫氰酸鎘的結(jié)構(gòu)性質(zhì)研究[D];吉林大學(xué);2016年

7 肖為引;多級孔HZSM-5分子篩催化劑的制備及其芳構(gòu)化性能研究[D];東南大學(xué);2016年

8 武志峰;無有機(jī)模板劑合成沸石材料[D];吉林大學(xué);2008年

9 段丹;SAPO-34分子篩催化甲醇制烯烴的研究[D];北京化工大學(xué);2012年

10 張文博;不同模板劑導(dǎo)向制備具有晶體結(jié)構(gòu)的介孔氧化鋯的研究[D];太原理工大學(xué);2012年

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