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乙烯、丙烯是基本的有机化工原料。目前,乙烯、丙烯等低碳烯烃的生产方法主要是蒸汽裂解。相对于蒸汽裂解,催化裂解因其能耗低、目标产物选择性高等优点,受到广泛关注。催化裂解技术制备低碳烯烃的关键之一在于高性能催化剂的开发,其中最具代表性的为ZSM-5分子筛。但是,普通ZSM-5催化剂仅存在单一微孔,制约了大分子在其中的传递扩散,且在实际使用过程中,需要通过粘结剂使其负载在载体上,粘结剂往往会堵塞孔道,从而影响ZSM-5分子筛的使用性能。若能在载体中引入多孔结构,并在载体上采用原位生长的方式,将分子筛单-孔道结构与载体的多孔结构进行有效结合,则既可避免粘结剂堵塞孔道的问题,同时引入的多级孔道还能增强其在催化反应中的传质效率,因而无粘结剂多级孔ZSM-5催化剂的研发具有重要的意义。 本文首先合成了具有大孔-介孔结构的SiO2载体,在不使用粘结剂的前提下,将ZSM-5分子筛及纳米ZSM-5分子筛原位生长在多级孔载体上,制备出了基于大孔-介孔SiO2载体且具有多级孔结构的ZSM-5催化剂及纳米ZSM-5催化剂。在此基础上,为提高载体的机械强度,以多孔结构网眼型泡沫SiC为载体,采用原位合成的方法,制备出了基于多孔SiC载体且具有多级孔结构的ZSM-5催化剂及纳米ZSM-5催化剂。论文考察了不同量模板剂、不同晶化时间及不同投料硅铝比等实验条件对合成多级孔道ZSM-5催化剂的影响,并用XRD、FT-IR、SEM、TEM、NH3-TPD等手段对所制得的载体与催化剂进行了表征,同时将合成的多级孔结构ZSM-5催化剂用于正辛烷裂解反应中,对其裂解性能进行了评价。 研究结果表明:以甲基纤维素为大孔模板剂,P123为介孔模板剂,采用水热合成法,成功制备出了同时具有大孔一介孔结构的SiO2载体。载体制备因素考察结果表明,甲基纤维素的用量可用来调控所制备载体的孔结构。在大孔-介孔SiO2载体的合成基础上,采用原位合成的方法,在大孔-介孔SiO2载体上合成了多级孔ZSM-5催化剂和多级孔纳米ZSM-5催化剂,催化剂制备结果表明:选择适量的载体模板剂(MC)能够很好地保持多级孔ZSM-5催化剂孔结构,随着合成ZSM-5分子筛模板剂(TPAOH)用量的增加,载体上原位生长出的ZSM-5分子筛会增多,在晶化时间为3-5天范围内均能够合成出基于大孔-介孔SiO2载体的多级孔纳米ZSM-5催化剂;采用同样的方法,成功的制备出基于泡沫SiC为多孔载体的多级孔ZSM-5催化剂及纳米ZSM-5催化剂,相关研究结果表明:当投料Si/A1增大时,在SiC表面形成ZSM-5晶体的数量会增多,ZSM-5晶体在SiC表面形成的效率会提高;在正辛烷催化裂解反应中,优化条件合成的SiO2基多级孔ZSM-5催化剂在700℃的条件下能达到最大乙烯、丙烯总选择性69.3%,最高转化率为99.7%;优化条件合成的SiC基多级孔ZSM-5催化剂在700℃的条件下能达到最大乙烯、丙烯总选择性为69.2%,最高转化率为98.6%。