ZSM-5沸石分子篩研究課件

ZSM-5分子篩催化劑介紹姓名：王世春學(xué)號：11115010421

ZSM-5分子篩是美國Mobile公司于上世紀(jì)七十年代合成出來的一種含有有機(jī)胺陽離子的新型沸石分子篩。由于它的化學(xué)組成、晶體結(jié)構(gòu)以及物化性質(zhì)方面具有許多獨(dú)特性質(zhì)，因此在很多有機(jī)催化反應(yīng)中顯示了優(yōu)異的催化效能，在工業(yè)上得到越來越廣泛的應(yīng)用，已成為石油化工領(lǐng)域重要的新型催化劑之一。制備原理應(yīng)用實(shí)例失活原因目錄組成、結(jié)構(gòu)、特性再生方法國內(nèi)外研究方向一

組成、結(jié)構(gòu)、特性1組成（1）一般表達(dá)式如下：（2）水熱法合成原理及工藝合成原理：生產(chǎn)工藝流程：2結(jié)構(gòu)ZSM-5分子篩的空間結(jié)構(gòu)也是類似于石墨的層狀結(jié)構(gòu)，由五元環(huán)通過氧橋相互連接構(gòu)成一層空間結(jié)構(gòu)。這些層相互靠[SiO4]或[AlO4]四面體構(gòu)成的環(huán)來聯(lián)接，造成了在ZSM-5分子篩的層與層之間也存在著孔道，也可輸送反應(yīng)物和產(chǎn)物分子。3

性質(zhì)

（1）多孔性（2）酸性

（3）熱穩(wěn)定性（4）水蒸氣穩(wěn)定性（5）積碳二應(yīng)用實(shí)例甲苯甲醇烷基化：揚(yáng)子石化以稀土、鈣和鎂等氧化物改性的ZSM-5分子篩作為催化劑以氫氣和水蒸氣作為載氣將原料氣送入反應(yīng)體系反應(yīng)溫度：300——500℃反應(yīng)壓力：0.1——0.5MP再以一定的空速流過催化劑床層進(jìn)行反應(yīng)

三ZSM-5分子篩失活原因分析ZSM-5催化劑失活機(jī)理較為復(fù)雜，一般認(rèn)為積碳是催化劑失活的主要原因，但除了積碳以外，中毒、金屬沉積、固態(tài)反應(yīng)和燒結(jié)等均可造成活性降低甚至失活。1.催化劑的嚴(yán)重結(jié)碳，大量的焦炭覆蓋在催化劑活性中心上，導(dǎo)致孔道堵塞，引起催化劑的表面積和孔隙率的變化，反應(yīng)物的擴(kuò)散受到阻礙，導(dǎo)致反應(yīng)活性降低；2.原料中的雜質(zhì)如有機(jī)硫、氮化合物及重金屬等沉積在催化劑表面，使催化劑活性中心中毒；3.再生溫度是影響再生催化劑性能的主要因素，積碳和有機(jī)硫、氮化合物使催化劑暫時(shí)失活，可以通過氧化焙燒法除去；重金屬使催化劑永久失活，不能通過被燒法再生除去；4.失活ZSM-5催化劑的物相未發(fā)生根本變化。酸性分析結(jié)果表明：ZSM-5催化劑的強(qiáng)酸中心尤其是較強(qiáng)的B酸中心是導(dǎo)致結(jié)碳的主要活性中心。應(yīng)盡量降低催化劑中的強(qiáng)B酸和強(qiáng)L酸中心，可以減緩催化劑的失活速率。四ZSM-5分子篩再生方法1.O2燒炭再生向裝有失活催化劑的固定床反應(yīng)器中通入載氣N2,升溫至400℃吹掃0.5h。緩慢升高溫度到550℃，通入空氣，空氣含量逐漸提高至全部為空氣，再生時(shí)間1h。2.水蒸氣再生向裝有失活催化劑的固定床反應(yīng)器中通入載氣N2,升溫至400℃吹掃0.5h。載氣N2加入20%水蒸氣，緩慢升高溫度到550℃，通入空氣，空氣含量逐漸提高至全部為空氣和水蒸氣，再生時(shí)間1h。3.甲醇再生向裝有失活催化劑的固定床反應(yīng)器中通入載氣N2,升溫至400℃吹掃0.5h。緩慢升高溫度到550℃，通入空氣，空氣含量逐漸提高至全部為空氣，再生時(shí)間1h。燒炭再生后，再生氣體中加入15%甲醇，同樣在再生溫度下處理0.5h。

通過對O2燒炭再生、水蒸汽再生和甲醇再生處理方法的研究，發(fā)現(xiàn)：燒炭再生和水蒸汽再生都能很好地抑制“飛溫”，但是催化劑再生幾次后，活性明顯降低，不能再繼續(xù)使用；甲醇再生方法明顯提高了催化劑的使用壽命，在有效的再生次數(shù)內(nèi)，再生后的催化劑活性基本不變，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。五國內(nèi)外研究方向

納米技術(shù)、信息技術(shù)和生物技術(shù)被專家們預(yù)測為21世紀(jì)社會(huì)發(fā)展的三大支柱。當(dāng)前納米技術(shù)已經(jīng)開始應(yīng)用于催化劑領(lǐng)域。用納米催化劑提高催化反應(yīng)的速度、活性、選擇性的研究將是未來催化科學(xué)的重大課題。因此，系統(tǒng)的研發(fā)與開發(fā)納米沸石分子篩催化劑的制備和應(yīng)用具有深遠(yuǎn)的意義。ZSM-5分子篩按其尺寸大小可分為微米ZSM-5分子篩和納米ZSM-5分子篩，雖然它們具有完全相同的結(jié)構(gòu)，但是由于納米ZSM-5沸石分子篩與傳統(tǒng)的微米ZSM-5分子篩相比具有顯著優(yōu)點(diǎn)，因此，納米ZSM-5沸石分子篩將逐步替代傳統(tǒng)的微米ZSM-5分子篩在以下領(lǐng)域中得到應(yīng)用：催化汽油改質(zhì)、催化裂化、柴油降凝、石油化工、精細(xì)化工等。相對于微米ZSM-5沸石分子篩來說，納米ZSM-5沸石分子篩只是晶胞參數(shù)發(fā)生變化，宏觀表現(xiàn)為晶粒尺寸變小，導(dǎo)致納米ZSM-5分子篩有較大的外表面積，且外表面酸性位在總酸中占的比例較大，如納米ZSM-5分子篩外表面的酸量占總酸量的30％以上，而微米ZSM-5分子篩外表面的酸量僅為總酸量的3％左右，由于納米分子篩的外表面酸中心較多，因而酸性較強(qiáng)，這使得納米ZSM-5分子篩具有較高的反應(yīng)活性。同時(shí)，晶粒變小，使得分子篩孔道變短，這樣反應(yīng)物和生成物都有較高的晶內(nèi)擴(kuò)散速率。這些較為特殊的物化性質(zhì)決定了納米分子篩在提高分子篩催化劑