多级结构ZSM-5分子筛的合成及甲烷无氧芳构化应用

【摘要】：在天然气直接催化转化的研究中,甲烷无氧芳构化反应是一种有效路径,简称MDA反应。尽管反应机理的研究和催化剂的改良等方面取得了长足的发展,但是MDA转化中积碳导致的催化剂失活依然是MDA工业化面临的挑战之一。多级孔道分子筛具备很好的传质能力,是当前沸石催化材料的研究热点。 ZSM-5沸石分子筛是MDA最具应用前景的催化剂之一。本论文分别考察了静态水热法、动态水热法、变温晶化法以及蒸气相法对ZSM-5分子筛结构、相貌的影响。在合成过程中,本文采用的是价格低廉的硅酸钠和硫酸铝分别作为硅源和铝源,通过不加入第二模板剂的方法,调变合成条件,简单快速地合成出来了多级孔道ZSM-5。实验主要内容和结论如下： (1)在静态水热条件下,寻找合适的合成温度和合成时间,合成了多级孔道分子筛微球,尺寸为0.5-1.4μm,分子筛由小晶粒组装形成,并形成了晶间孔,介孔来自于这些晶间孔。MDA测试表明,反应开始阶段,甲烷转化率达到14%,高于传统催化剂的12%。 (2)在恒温动态水热条件下,快速地合成了多级孔道分子筛微球,尺寸为1-1.5μm。通过MDA反应测试,反应开始阶段,甲烷转化率达到15.9%,比传统催化剂高3个百分点。 (3)在变温动态水热条件下,合成了尺寸为0.8-1μtm的多级孔道分子筛微球。应用于MDA反应,反应开始阶段,甲烷转化率达到18.5%,比传统分子筛高5.5个百分点,经反应24h后,甲烷转化率还有8.3%。 (4)通过蒸汽相法合成出了粒径均匀、形貌规则、比表面积较大的小颗粒分子筛,粒径范围在150-250nm之间,应用于MDA反应,反应开始阶段,甲烷转化率达到17.5%,比传统分子筛高4.5个百分点。 【关键词】：多级孔道结构 蒸气相法 分子筛 Mo/HZSM-5 甲烷无氧芳构化
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TQ424.25;TQ203
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 引言8-9
• 1 文献综述9-27
• 1.1 苯的简介9
• 1.2 ZSM-5分子筛介绍9-17
• 1.2.1 ZSM-5分子筛的合成方法10-14
• 1.2.2 分子筛的动力学研究及合成机理14-15
• 1.2.3 影响ZSM-5分子筛合成的因素15-17
• 1.3 MDA反应的发展历史和研究现状17-26
• 1.3.1 发展历史和背景17-19
• 1.3.2 研究现状19-23
• 1.3.3 MDA反应的机理研究23-24
• 1.3.4 MDA反应的积碳研究24-26
• 1.4 研究目的和内容26-27
• 2 静态水热法制备多级孔道ZSM-5分子筛及其催化应用27-44
• 2.1 引言27
• 2.2 实验部分27-31
• 2.2.1 原料和实验仪器27-28
• 2.2.2 分子筛的合成方法28-29
• 2.2.3 分子筛的表征29
• 2.2.4 Mo/HZSM-5催化剂的制备29-30
• 2.2.5 Mo/HZSM-5催化剂的评价30-31
• 2.3 结果与讨论31-42
• 2.3.1 控制晶化时间合成多级孔道ZSM-5分子筛及其催化效果31-37
• 2.3.2 改变晶化温度对多级孔道ZSM-5分子筛制备及催化效果的影响37-42
• 2.4 本章小结42-44
• 3 动态水热法制备多级孔道ZSM-5分子筛及其催化应用44-57
• 3.1 引言44
• 3.2 实验部分44-45
• 3.2.1 原料和实验仪器44-45
• 3.2.2 分子筛的合成方法45
• 3.2.3 分子筛的表征45
• 3.2.4 Mo/HZSM-5催化剂的制备以及催化剂评价45
• 3.3 结果与讨论45-56
• 3.3.1 恒温动态水热法合成多级孔道ZSM-5分子筛及其催化效果45-51
• 3.3.2 变温动态水热法合成多级孔道ZSM-5分子筛及其催化效果51-56
• 3.4 本章小结56-57
• 4 蒸汽相法合成ZSM-5分子筛及其催化应用57-67
• 4.1 引言57
• 4.2 实验部分57-59
• 4.2.1 原料和实验仪器57-58
• 4.2.2 分子筛的合成方法58-59
• 4.2.3 分子筛的表征59
• 4.2.4 Mo/HZSM-5催化剂的制备以及催化剂评价59
• 4.3 结果与讨论59-66
• 4.3.1 分子筛的表征分析59-64
• 4.3.2 分子筛Mo基催化剂的催化效果64-66
• 4.4 本章小结66-67
• 结论67-68
• 参考文献68-74
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况74-75
• 致谢75-76

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