NH3-SCR反应过程中NH3和NOx在Cu_SAPO-34分子筛催化剂上的吸附特性和作用

NH3-SCR反应过程中NH3和NOx在Cu_SAPO-34分子筛催化剂上的吸附特性和作用
NH3-SCR反应过程中NH3和NOx在Cu_SAPO-34分子筛催化剂上的吸附特性和作用

NH 3-SCR 反应过程中NH 3和NO x 在Cu/SAPO-34分子筛催化剂上的

吸附特性和作用

琳1

铁1王欣全1王军1沈美庆1,2,*

(1天津大学化工学院,绿色合成与转化教育部重点实验室,天津300072;

2

天津大学内燃机国家重点实验室,天津300072)

摘要:通过离子交换法制得Cu/SAPO-34菱沸石分子筛催化剂,同时研究了NH 3和NO x (NO 和NO 2)在该催化

剂上的吸附位、吸附强度、吸附量和吸附速率,得到了不同反应气氛在Cu/SAPO-34上的吸附性能及其在NH 3选择性催化还原(NH 3-SCR)反应中的作用.研究采用瞬态实验、程序升温脱附(TPD)和漫反射傅里叶变换红外光谱(DRIFTS)等方法进行表征实验.瞬态实验结果表明NH 3是吸附性气体.程序升温脱附实验和红外漫反射实验结果表明NH 3可以吸附在布朗斯特和路易斯酸性位上形成不同的NH 3物种,它们显示不同的SCR 活性.NH 3在Cu 2+上的吸附速率最快,且键强最强.NO x 可以氧化并以硝酸盐/亚硝酸盐的形式吸附在Cu 物种上.最后,本文讨论了NH 3选择性催化还原反应过程中在Cu 物种上的中间物种并推测反应机理.关键词:

NH 3选择性催化还原;NO x (NO 和NO 2);Cu/SAPO-34;漫反射傅里叶变换红外光谱;吸附物种

中图分类号:

O643

Properties and Roles of Adsorbed NH 3and NO x over Cu/SAPO-34

Zeolite Catalyst in NH 3-SCR Process

SHI Lin 1

YU Tie 1

WANG Xin-Quan 1

WANG Jun 1

SHEN Mei-Qing 1,2,*

(1Key Laboratory for Green Chemical Technology of State Education Ministry,School of Chemical Engineering &Technology,Tianjin University,Tianjin 300072,P .R.China ;2State Key Laboratory of Engines,Tianjin University,Tianjin 300072,P .R.China )

Abstract:To investigate the adsorption properties and roles of different feed gases in the selective catalytic reduction by ammonia (NH 3-SCR),the adsorption sites,strength,and amount as well as reaction rates of NH 3and NO x (a mixture of NO and NO 2)on exchanged Cu/SAPO-34(chabazite zeolite)catalyst were studied.Transient response,temperature programmed desorption (TPD),and diffuse reflectance infrared Fourier transform spectroscopy (DRIFTS)experiments were performed to characterize the catalyst.Transient response experiments showed that NH 3was adsorbed by the catalyst.TPD and DRIFTS indicated that NH 3can be adsorbed at both Br ?nsted and Lewis acid sites to form various NH 3adsorption species that show different SCR activities.The adsorption rate of NH 3by Cu 2+cations was the fastest and the adsorption bond strength of NH 3-Cu 2+was the strongest between NH 3and the Cu/SAPO-34catalyst.NO x can be oxidized and stored as nitrates and nitrites on the Cu catalyst.The intermediate species formed at Cu active sites during the NH 3-SCR reaction are discussed,allowing SCR reaction mechanisms to be inferred.

Key Words:Ammonia selective catalytic reduction;NO x (NO and NO 2);Cu/SAPO-34;

Diffuse

reflectance infrared Fourier transform spectrum;Adsorption species

[Article]

doi:10.3866/PKU.WHXB201304283

https://www.360docs.net/doc/614605106.html,

物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao )

Acta Phys.-Chim.Sin .2013,29(7),1550-1557

July

Received:February 15,2013;Revised:April 27,2013;Published on Web:April 28,2013.?

Corresponding author.Email:mqshen@https://www.360docs.net/doc/614605106.html,;Tel:+86-22-27892301.

The project was supported by the National High-Tech Research and Development Program of China (863)(2011AA03A405).国家高技术研究发展计划项目(863)(2011AA03A405)资助

?Editorial office of Acta Physico-Chimica Sinica

1550

SHI Lin et al.:Properties and Roles of Adsorbed NH3and NO x over Cu/SAPO-34Zeolite Catalyst in NH3-SCR Process No.7

1Introduction

Selective catalytic reduction with ammonia(NH3-SCR)or with hydrocarbons(HC-SCR)has been extensively studied for lean NO x(NO and NO2)control.Due to the high decrease NO x efficiency,NH3-SCR has been mainly used for NO x control in stationary sources1and diesel vehicle emissions.2-9Many re-searches have reported that transition metal ion exchanged zeo-lite catalysts,such as Cu/Y,Cu/ZSM-5,and Cu/beta,show su-perior activity and N2selectivity.10-12However the narrow activ-ity window and hydrothermal deterioration have restricted their commercial applications.13,14

Recently,many researches have reported that Cu2+ion-exchanged SAPO-34(Cu/SAPO-34)shows high NO x conver-sion,N2selectivity(φ(N2O)<1×10-5(volume fraction)),and ex-cellent hydrothermal stability in NH3-SCR.15,16And,it has been reported that the Cu2+species are the active sites for the NH3-SCR reaction.17-19However,the NH3and NO x adsorption behav-iors on Cu/SAPO-34have been less researched.

In this report,the adsorption properties of NH3and NO x in the NH3-SCR reaction were investigated.The adsorption sites, amounts,strength were tested through transient response exper-iments,temperature programmed desorption(TPD),and dif-fuse reflectance infrared Fourier transform spectra(DRIFTS). The intermediate species,activity sites,and reaction mecha-nism of NH3-SCR were discussed.

2Experimental

2.1Catalyst preparation

Cu/SAPO-34catalyst was prepared by liquid-phase ion-ex-change method using H-SAPO-34,which was supplied by Tianjin Chemist Scientific Limited.The procedure contains two steps:NH+4species exchange and Cu2+species exchange. The detailed procedures were described in our previous study.20 Cu loading was2.25%(w)tested by inductively coupled plas-ma and atomic emission spectrometry(ICP-AES).In addition, it was not seen the diffraction peaks of copper species(CuO, Cu2O)in XRD patterns of Cu/SAPO-34,18,20meaning that cop-per was well-dispersed or existed as isolated ions at the ex-change sites.

2.2Transient response experiment

Transient response experiments were tested in a stainless steel reactor using0.5g catalysts mixed with1.5g quartz at 300°C.The catalyst was sealed in the tube with quartz wool. The temperature was obtained by a type K thermocouple insert-ed into the center of the powder catalyst.The inlet composition was controlled by mass flow controllers.FTIR-Nicolet IS10 was used to measure the concentration of NO,NO2,N2O,and NH3.Prior to all the following experiments,the samples were pretreated at500°C in10%(φ)O2for30min to remove ad-sorbed H2O or other gases.After the sample was cooled to 300°C in N2,4×10-4(φ)NO(or NH3)and10%(φ)O2were in-troduced in until the concentration got stabilization.Then NH3 (or NO)was cut in an instant.After the SCR reaction reached equilibrium,NH3(or NO)was turned off.The gas flow and the space velocity in all experiments were controlled at1000mL·min-1and35000h-1,respectively.

2.3TPD

Temperature programmed desorption(TPD)experiments were performed in a stainless steel reactor.Firstly,5×10-4(φ) NH3(or NO or NO+10%(φ)O2)/N2was adsorbed until the out-let NH3(or NO or NO+10%(φ)O2)concentration was stable. Then,the catalysts were purged with N2to remove any weakly adsorbed species until NH3(or NO or NO+10%(φ)O2)concen-tration was lower than1×10-5(φ).At last,the catalysts were heated from30to600°C at a ramping rate of10°C·min-1. The total flow rate was1000mL·min-1and the balance gas was N2.

2.4DRIFTS

Diffuse reflectance infrared Fourier transform spectra (DRIFTS)were performed on Nicolet6700FTIR equipped with a MCT detector at a resolution of1cm-1.Ten scans were operated for each spectrum.The total flow rate was100mL·min-1.Before all the experiments,the samples were pretreated with10%(φ)O2in He at500°C for30min and the back-ground spectra were collected under He at the test temperature. For the adsorption experiments,the samples were exposed to4×10-4(φ)of NH3or NO or NO+10%(φ)O2for1h at30, 100,160,and300°C.

For the surface SCR experiments,the catalyst was first purged under4×10-4(φ)NH3(or NO+10%(φ)O2)till the spec-tra were stable.Then,the catalyst was exposed to4×10-4(φ) NO(or NH3)and10%(φ)O2until the stabilization.The experi-ments were performed at100,160,and300°C.

3Results and discussion

3.1NH3adsorbed sites and species

The result of NH3transient response over Cu/SAPO-34is shown in Fig.1.Upon the NH3step addition,the ammonia out-let concentration slowly increases with time,approaching to steady state.However NO concentration fast declines.Upon the ammonia shut-off,the outlet NH3concentration slowly de-creases with time due to the desorption of previously adsorbed

Fig.1Curves of NH3transient response experiment at300°C

over

Cu/SAPO-34

Acta Phys.-Chim.Sin.2013Vol.29

ammonia.The NO concentration slowly increases to the maxi-mum due to the reaction between NO and adsorbed NH 3spe-cies.This clearly indicates that ammonia is involved in adsorp-tion-desorption processes at the catalyst surface.Due to exis-tence of some NH 3oxidation or other reactions at 300°C,the

NH 3concentration could not reach 4×10-4(φ)and has larger de-crease than NO.

NH 3-TPD profiles over Cu/SAPO-34and H-SAPO-34are shown in Fig.2.The TPD profiles show three NH 3desorption peaks centered at 100,250,and 350°C.The total amount of NH 3storage is calculated based on the time integration of NH 3-TPD curves and the results are listed in Table 1.For Cu/SAPO-34,the amount of desorption NH 3at high temperature (HT)and low temperature (LT)is less than that of H-SAPO-34due to the occupation of acid sites in SAPO-34by Cu species.

NH 3has been extensively used as a probe molecule to identi-fy the types of surface acidic sites.Fig.3illustrates the DRIFT spectra of H-SAPO-34and Cu/SAPO-34for NH 3adsorption.As shown in Fig.3A,three distinct regions at 3800-3100,1700-1400,and 1000-800cm -1are appeared,which are as-signed to NH 3species adsorbed on Br ?nsted acid sites and Lewis acid sites over Cu/SAPO-34.The negative peaks at 3737,3670,and 3605cm -1are assigned to the OH vibrations of P-OH,Si-OH,and Al-OH-Si,respectively.19The strong band at 1489cm -1is related to asymmetric vibration of NH +4groups.In addition,four kinds of adsorbed NH 3species on Lewis acid are observed.According to the literature,21-28the peak at 1630cm -1is attributed to N-H deformation,and the bands at 3356,

3275cm -1are assigned as molecule adsorption.The band at 3179cm -1is attributed to NH 3-Cu +species on the exchanged sites.The bands at 899and 858cm -1are related to internal asymmetric framework vibrations perturbed by copper cations to form NH 3-Cu 2+.It should be noted that the intensities of peaks at 899and 858cm -1(NH 3-Cu 2+)reach steady after 1min over Cu/SAPO-34,however other peak intensities reach steady after 10min.It is inferred that NH 3can be adsorbed on Cu 2+cations easily and fast.As shown in Fig.3B,H-SAPO-34has the same NH 3adsorption species as Cu/SAPO-34.However,the intensities of total peaks are higher than that of Cu/SAPO-34and the NH 3species on Cu species are not appeared.As Lewis acid sites,the introduction of Cu cations increases two new types of NH 3adsorption sites (Cu +and Cu 2+species)and reduces the Br ?nsted acid sites.

Fig.4presents the results of NH 3adsorption under 30,100,160,and 300°C over Cu/SAPO-34.It is seen that the peak inten-sities of NH 3adsorption on Br ?nsted acid sites (3800-3500and 1489cm -1)begin to reduce at 100°C and all other peak intensi-ties start to reduce at higher temperature.Whereas those of NH 3-Cu 2+(899,858cm -1)start to reduce at 300°C.It indicates that the bond strengths of NH 3adsorption on Br ?nsted acid sites are

Fig.2NH 3-TPD profiles over Cu/SAPO-34(A)and H-SAPO-34

(B)

3DRIFT spectra of NH 3adsorption over Cu/SAPO-34(A)and H-SAPO-34(B)at 30°C for 0,1,2,5,10

min

Table 1

Quantitative analyses of NH 3-TPD over H-SAPO-34and

1552

SHI Lin et al .:Properties and Roles of Adsorbed NH 3and NO x over Cu/SAPO-34Zeolite Catalyst in NH 3-SCR Process No.7weaker than those of NH 3-Cu 2+species.For H-SAPO-34,with

the temperature increasing,most peak intensities are decrease.However,the intensity of peak at 3605cm -1has some increase and still some NH 3molecules are adsorbed over H-SAPO-34.It is in accordance with the phenomena in Fig.2.3.2NO x adsorption sites and species 3.2.1NO adsorption sites and species

Fig.5illustrates the NO transient response experiment over Cu/https://www.360docs.net/doc/614605106.html,pared with the NH 3transient response ex-periment,the NO response is quick due to the fact that NO is hardly involved in adsorption-desorption processes.

NO-TPD profiles over Cu/SAPO-34and H-SAPO-34are shown in Fig.6.There is only NO 2detected.In addition,the de-sorption peaks of NO 2show two distinct peaks at 80and 350°C,

respectively.The amounts of NO 2desorption are calculated based on the time integration of TPD results.

Quantitative analyses of NO-TPD over H-SAPO-34and Cu/SAPO-34are shown in Table 2,and the total NO 2desorption amounts over H-SAPO-34and Cu/SAPO-34are 0.008122and 0.021952mmol ·g -1,respectively.It confirms that less NO could be adsorbed.

Fig.7illustrates the NO adsorption behaviors over samples.For Cu/SAPO-34,the spectra are mainly divided into two re-

Fig.4DRIFT spectra of NH 3adsorption over Cu/SAPO-34(A)and H-SAPO-34(B)at different

temperatures

5

Curves of NO transient response experiment at 300°C

over

Cu/SAPO-34

6NO-TPD profiles over Cu/SAPO-34and

H-SAPO-34

Table 2

Quantitative analyses of NO-TPD over H-SAPO-34and

Fig.7DRIFT spectra of NO adsorption over Cu/SAPO-34(A)

and H-SAPO-34(B)at 30°C for 0,1,2,5,10,30,60min

1553

Acta Phys.-Chim.Sin.2013Vol.29

gions:1200-1300and 1450-1600cm -1.The peaks at 1291,

1280cm -1are assigned to nitrites.The species at 1595,1575,and 1480cm -1are related to chelate nitrates and monodentate nitrates,respectively.29-35In addition,a peak at 1747cm -1ap-pears,which is assigned to Cu +(NO 2)species.The vibration peaks of NO x adsorption sites over Cu/SAPO-34are summa-rized in Table https://www.360docs.net/doc/614605106.html,pared with the spectra of NO adsorption over Cu/SAPO-34,no Cu +(NO 2)peak exists for H-SAPO-34and all peak intensities of adsorbed NO x species are lower (Fig.7B).It implies that Cu 2+cations can promote NO oxidi-zation and storage of NO 2on Cu sites as nitrates/nitrites.36,37Because no O 2exists in the inlet gas,the NO may be oxidized by the oxygen species ([O]x -species)in samples.1,38Combining the results of DRIFTS and TPD,it can be inferred that Cu species are the active sites for NO oxidation and the amount of stored nitrates/nitrites over catalyst is more than that on H-SAPO-34.

Fig.6and Fig.7clearly present that NO can be oxidized to NO 2,and O 2exists in real working condition.So the adsorption behaviors of NO+O 2are studied and the results are shown in Figs.8-10and Table https://www.360docs.net/doc/614605106.html,pared with the NO-TPD results (Fig.6),the intensities of peak at LT over Cu/SAPO-34have risen in NO+O 2TPD (Fig.8).It is seen oxygen is favorable for NO oxidation and storage.39In addition,the nitrates/nitrites spe-cies oxidized by oxygen desorb at LT,presents that they are weakly adsorption species.Relativel nitrates/nitrites oxidized by [O]x -species in samples are strong adsorption species.3.2.2NO+O 2adsorption sites and species

The DRIFTS results of NO +O 2adsorption are shown in

https://www.360docs.net/doc/614605106.html,pared with the NO adsorption over Cu/SAPO-34,the intensity of peak at 1480cm -1(monodentate nitrates)is higher due to the existence of O 2.Further,a new peak at 2050cm -1related to Cu 2+(NO 2)appears.However,there is no differ-ence between NO and NO +O 2adsorption over H-SAPO-34.The DRIFTS results of NO+O 2adsorption can indicate that the oxygen in feed gas promotes NO oxidization to NO 2and NO 2could be stored as nitrates/nitrites on Cu species.

Fig.10presents the DRIFT spectra of NO+O 2adsorption un-der different temperatures.As the temperature above 100°C,it is seen that only the peak at 1595cm -1(chelate nitrates)exists.It suggests that the chelate nitrates are the stronger adsorption species than monodentate nitrates and nitrites over Cu/SAPO-34.

3.3Roles of adsorption species in NH 3

-SCR

Fig.8NO+O 2-TPD profiles over Cu/SAPO-34and H-SAPO-34Fig.9DRIFT spectra of NO+O 2adsorption over Cu/SAPO-34(A)and H-SAPO-34(B)at 30°C for 0,1,2,5,10,30,60

min

Table 4

Quantitative analyses of NO+O 2-TPD over H-SAPO-34

Fig.10

DRIFT spectra of NO+O 2adsorption over Cu/SAPO-34

at different temperatures

1554

SHI Lin et al .:Properties and Roles of Adsorbed NH 3and NO x over Cu/SAPO-34Zeolite Catalyst in NH 3-SCR Process

No.7Fig.11illustrates the adsorbed NH 3species reacting with NO +O 2over Cu/SAPO-34under different temperatures.Line at 0min represents the spectra of NH 3species adsorption satu-ration.At 100°C (Fig.11A),when NO+O 2are cut in,the peak intensities at 899,858cm -1(NH 3-Cu 2+)decrease with time and become a line in 30min (Fig.11A(30min)).Further,the peaks at 1450-1600cm -1(nitrates)and 1200-1300cm -1(nitrites)ap-pear after 6min.As the reaction continues,other peak intensi-ties of adsorbed NH 3species reduce a little (Fig.11A(15min,30min)).As these peak intensities reaching steady state,the NH 3species adsorbed over Cu ions are consumed completely,

while the ones on other adsorbed sites still exist.When the ex-periments are carried out at 160°C (Fig.11B)and 300°C (Fig.11C),the NH 3species adsorbed on Cu 2+cations also take part in SCR reaction firstly.These phenomena indicate that the NH 3species over Cu 2+sites show the best SCR activity and Cu 2+species are activate sites.40Above 100°C,the peak intensi-ties of all others adsorbed NH 3species decrease with time in-creasing.These species are likely to be involved in the SCR re-action upon “migration ”to near-by reactive Cu 2+cations once these sites are available.It is inferred that the NH 3adsorption on other sites,which represents that the major fraction of ad-sorbed NH 3species over Cu/SAPO-34,does not act simply as “spectators ”in the SCR reaction but is involved in the NO con-sumption.

At 160°C,the peaks of nitrates/nitrites appear and intensi-ties reach the highest in 15min (Fig.11B(15min)).Moreover the peak intensities at 1480,1291,1280cm -1reduce as SCR re-action proceeds.It indicates that some NH 4NO x (NH 4NO 2/NH 4NO 3)species are formed due to the reaction of adsorbed NH 3species with nitrates/nitrates on Cu cations.At 300°C,the DRIFT result (Fig.11C)shows no nitrates/nitrites.It suggested that nitrates/nitrites are consumed immediately as formed.

Fig.12shows the results of adsorbed NO+O 2species react-ing with NH 3+O 2over Cu/SAPO-34under 100and 160°C.At 100°C (Fig.12A),the intensities of peak at 1595cm -1(chelate nitrates)and 2050cm -1Cu +(NO 2)decline immediately when NH 3+O 2is introduced.Then,the peak intensities of all other ni-

Fig.11DRIFT spectra of 4×10-6(φ)NO+O 2/He following exposure of Cu/SAPO-34to 4×10-6(φ)NH 3/He at 100°C for 30min (A),160°C for 40min (B),and 300°C for 35min (C)Fig.12DRIFT spectra of 4×10-6(φ)NH 3+O 2/He following exposure of Cu/SAPO-34to 4×10-6(φ)NO+O 2at 100°C for

30min (A)and 160°C for 30min

(B)

Acta Phys.-Chim.Sin.2013Vol.29

trates/nitrites decrease subsequently.After1-min reaction (Fig.12A(1min)),the peaks of all NH3adsorption species(ex-cept NH3-Cu2+species)appear and reach steady state in3min. At the same time,the peaks of NH3-Cu2+species appear and steady state is achieved until nitrates/nitrites species are con-sumed completely(Fig.12A(30min)).It has verified that NH3 can be adsorbed on Cu2+cations firstly over clean catalyst in Fig.3A.So it indicates that the emergence of NH3-Cu2+species lastly over NO x storage catalyst is due to the immediate reac-tion of nitrates/nitrites with NH3-Cu2+species as formed.

3.4Mechanism discussion

Fig.13displays the proposed mechanism of NH3-SCR reaction over Cu/SAPO-34.Firstly,NH3can be adsorbed on Br?nsted ac-id sites and Lewis acid sites over Cu/SAPO-34to form several NH3adsorption species.Secondly,NO can be oxidized to NO2 by[O]x-species in SAPO-34or O2in feed gas on Cu ions.1,32,41 Thirdly,NO2could be stored as nitrites/nitrates on Cu ions to form NO-2-Cu p+/NO-3-Cu q+,which might be oxidized to NO-2-Cu2+/NO-3-Cu2+.The electrons of NO oxidization may easily come from Cu ions and Cu2+ions reduced to Cu p+or Cu q+.Be-cause low reduction ability of NO,so the ranges of p,q are1 to2.In addition,NH3-Cu2+would react with the nitrites/nitrates on Cu ions to form NH4NO2and NH4NO3.And some NH4NO3 may react with NO to form NH4NO2again.Finally,NH4NO2 would generate N2,H2O,and little NH4NO3would generate lit-tle N2O.

4Conclusions

The transient response experiments show that NH3is the ad-sorption gas over Cu/SAPO-34during NH3-SCR process, while NO could not be adsorbed appreciably on the catalyst surface.H-SAPO-34contains two kinds of acid sites:Br?nsted acid sites and Lewis acid sites.The Br?nsted acid sites may ad-sorb NH3to form M-O-NH+4(M=P,Si,Al)and asymmetric vibra-tion of NH+4groups.The NH3can be adsorbed on Lewis acid sites as N-H deformation and NH3molecule.Over Cu/SAPO-34,NH3can not only be absorbed on the adsorption sites of H-SAPO-34,but also can be adsorbed on Cu+and Cu2+species. In addition,the adsorption rate of NH3on Cu2+cations is the fastest and the adsorption bond strength of NH3-Cu2+is the strongest.

Cu species can promote the oxidization of NO to NO2by the [O]x-species in SAPO-34and O2in feed gas.The NO2could be stored on Cu sites as nitrates/nitrites..

Cu2+species are the active sites for NH3-SCR reaction over Cu/SAPO-34.NH4NO x(NH4NO2/NH4NO3)species stored on Cu ions may be the SCR intermediate species and promote NH3-SCR reaction.

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Fig.13Proposed mechanism of NH3-SCR reaction over

Cu/SAPO-34

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SHI Lin et al.:Properties and Roles of Adsorbed NH3and NO x over Cu/SAPO-34Zeolite Catalyst in NH3-SCR Process No.7

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1557

分子筛催化剂

绿色高分子材料论文 ——分子筛催化剂 学院:京江学院 班级:高分子1101 姓名:刘铭 学号:4111126020

摘要:随着环保意识的增强,对清洁能源的需求不断提高,人们越来越多的研究了新型环保的催化剂。目前,分子筛催化剂在炼油与化工工业得到了研究与应用,如催化裂化、加氢裂化、带支链芳烃的烷基化、异构脱蜡以及轻烯烃聚合等。国内外已开发出一批有发展前景的高功能化、多功能化、精密化的分子筛催化剂材料。 1. 分子筛催化剂的概述 1.1、定义: 指以分子筛为催化剂活性组分或主要活性组分之一的催化剂。又称沸石催化剂。分子筛具有离子交换性能、均一的分子大小的孔道、酸催化活性,并有良好的热稳定性和水热稳定性,可制成对许多反应有高活性、高选择性的催化剂。应用最广的有X型、Y型、丝光沸石、ZSM-5等类型的分子筛。工业上用量最大的是分子筛裂化催化剂。 1.2、合成方法: ①水热晶化法; ②非水体系合成法; ③干胶转换法; ④无溶剂干粉体系合成法;; ⑤微波辐射合成法; ⑥蒸汽相体系合成法; ⑦多级孔道沸石分子筛的合成; ⑧化学后处理法; ⑨硬模板法; ⑩软模板法。 2. 分子筛催化剂的的发展现状 1954年第一次人工合成沸石分子筛催化剂并作为吸附剂而商品化。20世纪50年代人们先后合成了 A 型、X型和Y 型分子筛。随着人们对分子筛催化剂的不断加深,美国联合碳化学公司(UCC)开发出合成沸石分子筛,继而,美国Mobil公司的研究人员开发出由Zeolites Socony Mobil缩写命名的ZSM系列高硅铝比沸石分子筛催化剂,并形成工业化规模生产。1980年Sand合成了ZEOLON分子筛。1982 年UCC(联合碳化公司)Wilson和Flanigen等首次合成20余种AlPO4 和SaPO4分子筛,从而打破了沸石分子筛由硅氧四面体和铝氧四面体组成的传统观念。1982年,WLSON 等在水热条件下首先合成了新型微孔磷铝分子筛,这种分子筛由铝氧四面体和磷氧四面体严格有序交替排列而成,其骨架接近中性。1992年美国Mobil公司发现了M41S介孔分子筛。为了改善催化剂的催化活性,在催化剂中加入杂原子,如La、Ce、Fe、Mn、Ti、Sn。Vietze等将有机燃料加入到在磷酸铝分子筛合成中。Tang等在磷酸铝分子筛中组合了直径为0.4nm的超小的单个的碳纳米分子筛。Caro等报道了非线性硝基苯胺载体磷酸铝晶体的特性。 近几年来市场对各类分子筛催化剂的需求不断增加,国内合成分子筛的生产规模也不断增大。中科院大连化物所自20世纪80年代以来开展沸石分子筛的合成及改性研究工作,开发出二甲醚裂解制低碳烯烃催化剂及甲醇转化制低碳烯烃催化剂。1988年首次合成了具有十八环的VPI-5分子筛,孔径达1.3nm,实

分子筛的结构应用说明

1.分子筛的概念 分子筛是结晶型的硅铝酸盐,具有均匀的孔隙结构。分子筛中含有大量的结晶水,加热时可汽化除去,故又称沸石。自然界存在的常称沸石,人工合成的称为分子筛。它们的化学组成可表示为 Mx/n ?ZH2O 式中M是金属阳离子,n是它的价数,x是AlO2的分子数,y是SiO2分子数,Z是水分子数,因为AlO2带负电荷,金属阳离子的存在可使分子筛保持电中性。当金属离子的化合价n = 1时,M的原子数等于Al的原子数;若n = 2,M的原子数为Al原子数的一半。 常用的分子筛主要有:方钠型沸石,如A型分子筛;八面型沸石,如X-型,Y-型分子筛;丝光型沸石(-M型);高硅型沸石,如ZSM-5等。分子筛在各种不同的酸性催化剂中能够提供很高的活性和不寻常的选择性,且绝大多数反应是由分子筛的酸性引起的,也属于固体酸类。近20年来在工业上得到了广泛应用,尤其在炼油工业和石油化工中作为工业催化剂占有重要地位。 2.分子筛的结构特征(1)四个方面、三种层次: 分子筛的结构特征可以分为四个方面、三种不同的结构层次。第一个结构层次也就是最基本的结构单元硅氧四面体(SiO4)和铝氧四面体(AlO4),它们构成分子筛的骨架。相邻的四面体由氧桥连结成环。环是分子筛结构的第二个层次,按成环的氧原子数划分,有四元氧环、五元氧环、六元氧环、八元氧环、十元氧环和十二元氧环等。环是分子筛的通道孔口,对通过分子起着筛分作用。氧环通过氧桥相互联结,形成具有三维空间的多面体。各种各样的多面体是分子筛结构的第三个层次。多面体有中空的笼,笼是分子筛结构的重要特征。笼分为α笼,八面沸石笼,β笼和γ笼等。 (2)分子筛的笼: α笼:是A型分子筛骨架结构的主要孔穴,它是由12个四元环,8个六元环及6个八元环组成的二十六面体。笼的平均孔径为1.14nm,空腔体积为7603。α笼的最大窗孔为八元环,孔径0.41nm。 八面沸石笼:是构成X-型和Y-型分子筛骨架的主要孔穴,由18个四元环、4个六元环和4个十二元环组成的二十六面体,笼的平均孔径为1.25nm,空腔体积为8503。最大孔窗为十二元环,孔径0.74nm。八面沸石笼也称超笼。 β笼:主要用于构成A型、X-型和Y型分子筛的骨架结构,是最重要的一种孔穴,它的形状宛如有关削顶的正八面体,空腔体积为1603,窗口孔径为约0.66nm,只允许NH3、H2O等尺寸较小的分子进入。 此外还有六方柱笼和γ笼,这两种笼体积较小,一般分子进不到笼里去。 不同结构的笼再通过氧桥互相联结形成各种不同结构的分子筛,主要有A-型、X型和Y型。(3)几种具有代表性的分子筛 A型分子筛 类似于NaCl的立方晶系结构。若将NaCl晶格中的Na+和Cl-全部换成β笼,并将相邻的β笼用γ笼联结起来就得到A-型分子筛的晶体结构。8个β笼联结后形成一个方钠石结构,如用γ笼做桥联结,就得到A-型分子筛结构。中心有一个大的α的笼。α笼之间通道有一个八元环窗口,其直径为4?,故称4A分子筛。若4A分子筛上70%的Na+为Ca2+交换,八元环可增至5?,对应的沸石称5A分子筛。反之,若70%的Na+为K+交换,八元环孔径缩小到3?,对应的沸石称3A分子筛。 X-型和Y-型分子筛 类似金刚石的密堆六方晶系结构。若以β笼为结构单元,取代金刚石的碳原子结点,且用六方柱笼将相邻的两个β笼联结,即用4个六方柱笼将5个β笼联结一起,其中一个β笼居

分子筛催化剂

伴随着工业革命的大潮,碳材料的应用越来越广泛,从最初的过滤杂质逐渐发展到分离不同组份。与此同时,随着技术的进步,人类对物质的加工能力也越来越强。那么什么是分子筛催化剂?为此,安徽天普克环保吸附材料有限公司为大家总结了相关信息,希望能够为大家带来帮助。 分子筛催化剂又称沸石催化剂,指以分子筛为催化活性组分或主要活性组分之一的催化剂,工业上用量最大的是分子筛裂化催化剂,它属于固体酸催化剂。此外,常用的还有具双功能催化作用的载金属分子筛催化剂,如钯-超稳Y型分子筛加氢裂化催化剂。 催化性质按分子筛的催化性质,可分为分子筛固体酸催化剂、金属分子筛双功能催化剂和分子筛择形催化剂三大类。按分子筛的类型分类,则分子筛催化剂的分类和分子筛的分类相同。 分子筛催化剂中通常只含有5%~15%的分子筛,其余部分可称为基质,通常由难熔性无机氧化物或其混合物和粘土组成。基质的作用是使分子筛良好分散,使分子筛易于粘结成形,甚至可使分子筛的

热稳定性得到提高。在催化过程中基质还起到热载体的作用。制造催化剂时,分子筛原粉通常经胶体磨研磨后混入基质的胶体中,用喷雾、挤条或其他方法成形,再经干燥、焙烧等步骤最后制成催化剂。 安徽天普克环保吸附材料有限公司是原上海摩力克分子筛有限公司直属公司,本公司成立于2004年,由于生产量扩增,本公司在安徽合肥空港寿县新桥产业园投资建设生产基地。公司目前拥有年产2000吨分子筛、1500吨活性氧化铝生产线各一条。 二期工程将建成4000吨分子筛生产线。公司全面推行ISO9001质量管理体系,建有现代化的实验室和质量控制中心。现有工程技术人员20人,其中工程师8人。 产品系列化、经营多元化,这些都是企业的发展方针,而OEM----更是公司多年的经营模式,并且得到广泛好评。我们的用户涉及石油、化工、冶金、汽车、空调、电子仪表等行业,我们的客户群不仅是在国内而且遍及东南亚、欧美等地。公司热忱欢迎国内外客

4a分子筛价格

4A分子筛属于一种碱金属硅铝酸盐,作用是吸附各种例如水、NH3、H2S、二氧化硫、二氧化碳、C2H5OH、C2H6、C2H4等等,这些列举的临界直径小于4A的分子。4a分子筛价格哪家好?您可以选择安徽天普克环保吸附材料有限公司,下面小编为您介绍,希望能给您带来一定程度上的帮助。 4A分子筛的孔径为4A,吸附水,甲醇、乙醇、硫化氢、二氧化硫、二氧化碳、乙烯、丙烯,不吸附直径大于4A的任何分子(包括丙烷),对水的选择吸附性能高于任何其他分子。是工业上用量最大的分子筛品种之一。广泛应用于气体、液体的干燥,也可用于某些气体或液体的精制和提纯,如氩气的制取。

4A分子筛作为洗涤剂助剂的作用主要是交换水中的钙离子产生软化水,去除污垢和防止污垢再沉积。4A分子筛是目前代磷助洗剂中应用最多和应用最成熟的产品。4A分子筛替代三聚磷酸钠作洗涤助剂对解决环境污染有着重大作用。4A分子筛还可用作香皂的成型剂、牙膏的摩擦剂等。 4A分子筛可以去除污水中的NH3-N及Pb2+、Cu2+、Zn2+、、Cd2+等。工农业、民用及水产畜牧业排出的污水中含有氨态氮,不仅危害鱼类等的生存、污染内养殖环境,而且促进藻类生长,导致江河湖泊的阻塞。由于4A分子筛对NH4+的高选择交换性,已成功应用于该领域。来源于金属矿山、冶炼厂、金属表面处理和化学工业等

部门排放的污水,其中所含重金属离子对人体危害极大。用4A分子筛处理这些污水除了能保证水质合格外,还能回收重金属。 安徽天普克环保吸附材料有限公司是原上海摩力克分子筛有限公司直属公司,本公司成立于2004年,由于生产量扩增,本公司在安徽合肥空港寿县新桥产业园投资建设生产基地。公司目前拥有年产2000吨分子筛、1500吨活性氧化铝生产线各一条。 产品系列化、经营多元化,这些都是企业的发展方针,而OEM----更是公司多年的经营模式,并且得到广泛好评。我们的用户涉及石油、化工、冶金、汽车、空调、电子仪表等行业,我们的客户群不仅是在国内而且遍及东南亚、欧美等地。公司热忱欢迎国内外客商与我们真诚合作。我们将以精美的产品、可靠的技术、精益求精的服务满足广大客户的要求。 分子筛广泛用于制氧、炼油、化工化肥、医药、钢铁、冶金、酒精、玻璃行业,是气体、液体纯制、分离干燥的好的产品。安徽天普克环保吸附材料有限公司始建于2001年,已有18多年历史,产品有分子筛系列3A分子筛、4A分子筛、5A分子筛、lOX分子筛、13x 分子筛、K13X中空玻璃专用分子筛、变压吸附、富氧专用分子筛、活性氧化铝、瓷球等塔填料。

分子筛催化剂的解析

分子筛催化剂的解析 分子筛(又称合成沸石)是一种硅铝酸盐多微孔晶体,它是由 SiO4和AlO4四面体组成和框架结构。在分子筛晶格中存在金属阳离子(如 Na,K,Ca等),以平衡四面体中多余的负电荷。分子筛的类型按其晶体结构主要分为: A型,X型,Y型等 A型主要成分是硅铝酸盐,孔径为 4A(1A=10 -10 米),称为 4A(又称纳A型)分子筛;用Ca2+交换4A分子筛中的Na+,形成5A的孔径,即为5A(又称钙A型)分子筛;用K+交换4A分子筛的Na+,形成3A的孔径,即为3A(又称钾A型)分子筛。 X型硅铝酸盐的晶体结构不同(硅铝比大小不一样),形成孔径为 9—10A的分子筛晶体,称为 13X(又称钠X型)分子筛;用Ca2+交换13X分子筛中的Na+,形成孔径为9A的分子筛晶体,称为 10X(又称钙X型)分子筛。 沸石分子筛是一类由硅氧四面体和铝氧四面体通过共用氧原子相互连接成骨架结构、并具有均匀晶内孔道的晶态微孔材料。通常,天然的和人工合成的沸石分子筛指的是硅铝酸盐。 1 分子筛的应用领域 沸石分子筛不仅可应用于催化、吸附、分离等过程,还可用于微激光器、非线性光学材料及纳米器件等新兴领域,并在药物化学、精细化工和石油化工等领域有着广阔的应用前景。 分子筛主要应用品种有 3A、4A、5A 、13X以及以上述为基质的改性产品。 3A分子筛用途:各种液体(如乙醇)的干燥;空气的干燥;制冷剂的干燥;天然气、甲烷气的干燥;不饱和烃和裂解气、乙烯、乙炔、丙烯、丁二烯的干燥。 4A分子筛用途:空气、天然气、烷烃、制冷剂等气体和液体的深度干燥;氩气的制取和净化;药品包装、电子元件和易变质物质的静态干燥;油漆、燃料、涂料中作为脱水剂。 5A分子筛用途:变压吸附;空气净化脱水和二氧化碳。 13X分子筛用途:空气分离装置中气体净化,脱除水和二氧化碳;天然气、液化石油气、液态烃的干燥和脱硫;一般气体深度干燥。 改性分子筛可用于有机反应的催化剂和吸附剂。 2分子筛催化剂的发展历史 分子筛的起源可追溯到1756年,首次在玄武岩的孔洞中发现了天然微孔硅铝酸盐,天然沸石。1840年,发现天然沸石具有可逆地吸水一脱水的性能,并且在加热过程中,它的透明度和结晶形状不发生变化。于是,天然沸石的微孔性及其在吸附、离子交换等方面的能引起了研究者的关注。1858年,根据泡沸石脱水晶体可以分离不同大小分子的性能,成功地实现了异构烷烃和正烷烃的分离。1925年,人们发现菱沸石能迅速吸附水、乙醇和甲酸蒸气,而基本上不吸收丙酮、乙醚和苯,再次证实了沸石的分子筛分作用。于是,沸石分子筛这一不仅代表其组成,而且代表着其作用的名称便产生了。研究者最初主要把沸石分子筛用作流体干燥和净化过程的吸附剂与干燥剂,后来也用于流体的分离。 20世纪50年代中期至80年代初期,是分子筛科研、应用及产业发展的全盛时期。1960年,提出了分子筛规整结构的“择形催化”概念,1962年,X型沸石分子筛首次用于催化裂化过程,此阶段发现的低、中硅铝比(SiO2/A1203≤10)的A型、X型、Y型、丝光沸石等称为第一代分子筛。 20世纪70年代,美国美孚石油公司开发的以ZSM一5为代表的高硅三维交叉直通道的新结构沸石分子筛称为第二代分子筛。如ZSM一5、ZSM一11、ZSM一12等,这些高硅分子筛水热稳定性高,亲油疏水,绝大多数孔径在0.6nm左右,对甲醇及烃类转化反应有良好的活性及选择性,此类分子筛的开发,促进了分子筛及微孔化合物结构与性质的研究,也大大推动了分子筛应用方面的研究。 联碳(UCC)公司于80年代开发了非硅、铝骨架的磷铝系列分子筛联碳(UCC)公司于80

4a分子筛的结构

多孔材料在许多领域有着广泛的应用,如微孔分子筛作为主要的催化材料、吸附分离材料和离子交换材料,在石油加工、石油化工、精细化工以及日用化工中起着越来越重要的作用。那么,4a分子筛的结构是什么?为此,安徽天普克环保吸附材料有限公司为大家总结了相关信息,希望能够为大家带来帮助。 分子筛是一种人工合成的、具有微孔型立方晶格的硅铝酸盐。依据其晶体内部孔穴的大小而吸附或排斥不同物质的分子,因而被称为“分子筛”。分子直径小于分子筛晶体孔穴直径的物质可以进入分子筛晶体,从而被吸附,否则,被排斥。 分子筛根据不同物质分子的极性决定优先吸附的次序。按分子的大小和形状不同的选择吸附作用,即只吸附那些小于分子筛孔径的分子。对于小的极性分子和不饱和分子,具有选择吸附性能,极性越大,不饱和度越高,其选择吸附性越强。 A型分子筛属于分子筛其中的一种,其结构与NaCl的很相似,属于立方晶系。由于4A分子筛的有效孔径为0.4nm,故称为4A分子

筛,其空间网络结构由硅氧四面体单元[SiO4]和铝氧四面体[AlO4]单元交错排列而成。 安徽天普克环保吸附材料有限公司是原上海摩力克分子筛有限公司直属公司,本公司成立于2004年,由于生产量扩增,本公司在安徽合肥空港寿县新桥产业园投资建设生产基地。公司目前拥有年产2000吨分子筛、1500吨活性氧化铝生产线各一条。 二期工程将建成4000吨分子筛生产线。公司全面推行ISO9001质量管理体系,建有现代化的实验室和质量控制中心。现有工程技术人员20人,其中工程师8人。 产品系列化、经营多元化,这些都是企业的发展方针,而OEM----更是公司多年的经营模式,并且得到广泛好评。我们的用户涉及石油、化工、冶金、汽车、空调、电子仪表等行业,我们的客户群不仅是在国内而且遍及东南亚、欧美等地。公司热忱欢迎国内外客商与我们真诚合作。我们将以精美的产品、可靠的技术、精益求精的服务满足广大客户的要求。

分子筛催化剂的发展及研究进展

分子筛催化剂的发展及研究进展 摘要:分子筛是一种具有特定空间结构的新型催化剂,具有活性高、选择性好、稳定性和抗毒能力强等优点,因此,近几十年来它作为一种化工新材料发展的很快,应用也日益广泛。特别是在石油的炼制和石油化工方面作为工业催化剂发挥了很重要的作用。本文介绍了几种常见的分子筛及应用前景,并对分子筛的性能做了详尽的概述[1]。 关键词:分子筛;催化剂;应用;性能 Development and research of the molecular sieve catalyst Abstract:Zeolite is a new catalyst with specific spatial structure, with high activity, good selectivity, advantages, stability and antitoxic ability etc. Therefore, in recent decades, as a kind of new material chemical development soon, have been widely applied in. Especially as industrial catalysts in refining and petrochemical petroleum plays a very important role. This paper introduces the composition and application of molecular sieve, and the properties of molecular sieves as described in detail. Key words:Molecular sieve;catalyst;application;performance 1.分子筛的发展现状 所谓分子筛催化剂,就是将气体或液体混合物分子按照不同的分子特性彼此分离开的一类物质,实际上是一些具有实际工业价值且具有分子筛作用的沸石分子筛,构成沸石分子筛基本结构特征主要是硅氧四面体和铝氧四面体,这些四面体交错排列形成空间网状结构,存在大量空穴,在这些空穴内分布着可移动的水分和阳离子。基本组成物质为:Na2O、Al2O3、SiO2。上世纪50年代末发现小分子的催化反应可以在分子筛的孔道中进行,才使得这种材料得以迅速的发展。美国的多家公司,具有代表的是Linder公司、Exxon公司、联合碳化公司(UCC )模拟天然沸石的类型与生成条件,开发了一系列低硅铝和中硅铝的人工合成沸石。 上世纪60年代左右,上海试剂五厂开展沸石分子筛的研制开发工作,合成出A型、X型、Y型沸石分子筛。上世纪80年代,金陵石化有限公司炼油厂首次工业化生产ZSM-5沸石分子筛。已有南开大学、北京石科院、兰化炼油厂等单位纷纷开展ZSM -5沸石分子筛的开发生产,并将其广泛应用催化裂解、辛烷值助剂、柴油、润滑油降凝、芳烃烷基化、异构化及精细化工等领域。 近几年来市场对各类分子筛催化剂的需求不断增加,国内合成分子筛的规模也在不断扩大。中科院大连物化所自上世纪80年代以来开展沸石分子筛的合成及改性研究工作,开发出二甲醚裂解制低碳烯烃催化剂。已完成中试放大实验,据称,该研究所采用改性SAPO-34分子筛催化剂可使二甲醚单程转化率大于97%,低碳烯烃选择性达90%。1988年首次合成了具有十八环的VPI-5分子筛,孔径达1.3nm,实现了大孔分子筛的合成。上海骜芊科贸发展有限公司生产经营ZSM-5高硅沸石分子筛结晶粉体、疏水晶态ZSM-5吸附剂等系列分子筛。南开大学催化剂厂主要生产了NFK-5分子筛(直接法合成ZSM-5分子筛)、Beta分子筛、Y型分子筛以及以其为载体的获得国家级发明奖的各类催化剂。 2.分子筛的性能 一切固体物质的表面都有吸附作用,只有多孔物质或表面积很大的物质,才有明显的吸附效应,才是良好的吸附剂。常用的固体吸附剂活性炭、硅胶,活性氧化铝和分子筛等都有很大的表面积。其中沸石分子筛在吸附分离方面有十分重要的地位,它除了有很高的吸附量外,还有独特的选择性吸附性能。这是由于它具有规整的微孔结构,这些均匀排列的孔道和尺寸固定的孔径,决定了能进入沸石分子筛内部的分子的大小。

高岭土合成4A分子筛及其表征

高岭土合成4A分子筛及其表征Ξ 雷家珩,佟 钰ΞΞ,雷丽文,罗大兵,袁启华 武汉工业大学材料学院,湖北武汉430070 摘 要: 采用TG-DT A、XRD、SEM等现代测试技术以及测定 钙离子交换量的方法研究了焙烧高岭土与碱液作用制备4A分子筛的反应过程。给出了采用高岭土制备4A分子筛的最佳条件,并提出以焙烧高岭土合成的4A分子筛其形成机理应以异相成核为主,焙烧高岭土的碱液溶解为整个合成过程的控制步骤的新观点。 关键词: 4A分子筛合成;高岭土;绿色材料 1 引 言 4A分子筛是一种具有特殊空腔结构的架状含水硅铝酸盐晶体,理想化学式为Na12[Al12Si12O48]?27H2O,是一种多用途无机功能材料。由于其独特的吸附性、离子交换性、催化性和良好的化学可修饰性,自50年代合成以来,已在化工、石油、冶金、医药等行业得到广泛的应用[1]。70年代中后期,环境污染问题受到各工业国家的广泛重视。人类大量使用的洗涤剂产品因含有多聚磷酸钠(简称STPP),从而使江、河、湖泊乃至近海的磷酸盐含量不断增加,造成生态的严重失调和水生动植物的大量死亡。许多国家如日本、英、美、西欧等纷纷立法禁止和限制含磷洗涤剂的生产。80年代以来,洗涤剂的巨大市场促使人们开展STPP代用品的研究,如柠檬酸钠和4A分子筛等[2],其中又以4A分子筛价廉易得而成为各国竞相角逐的主攻方向[3,4]。 各国采用天然矿物为原料合成4A分子筛的工作近年来已有较多的报道。但由于来源、杂质含量以及化学组成等因素的影响,其合成条件和工艺会有很大的变化并受到研究者的重视[5~7]。 本工作采用江西某矿高岭土为基本原料,经水选、焙烧等工艺处理,然后与氢氧化钠进行湿法合成4A分子筛的研究,制得了性能优异的4A分子筛产品并设计了反应后废碱液的重新使用工艺。这对充分利用我国天然的矿物资源,减少废水污染,努力发展我国自己的绿色材料具有重要的意义和经济价值。 2 实 验 将高岭土原矿水洗后在一定温度下进行焙烧处理,然后加入过量的NaOH水溶液,加热搅拌使之反应一定时间后,过滤分离即得到产物,滤液回收。以不同条件下得到的样品分别进行TG-DT A(日本RIG AK U公司T AS-100型热分析仪)、XRD(日本RIG AK U公司DEMAX-Y BXRD光谱仪,Cu靶,40kV/30mA)、SEM(日本AK ASHE公司SX-4扫描电镜)测试,并参照《中华人民共和国行业标准—洗涤剂用4A沸石》(QB1768-93)的方法分别测定其钙离子交换量。3 结果与讨论 3.1 原料焙烧的结构变化 高岭土是自然界常见的一种粘土矿物,理想化学式为Al4Si4O10(OH)8,通常因含有少量衍生矿物和其它杂质而与理论组成有一定差别。高岭土在一定温度下焙烧可以脱去结构水,转化为具有很高活性的偏高岭土[8,9]。本研究采用含少量云母的江西某矿优质高岭土(化学组成见表1),水洗烘干(200℃, 2h),经TG-DT A分析(见图1),试样在550℃左右明显失重并对应一尖锐的吸热谷,XRD分析(图2(b))表明,这一温度为试样转变为无定形高岭土(Al4Si4O14)的脱水温度,继续升温至1000℃左右,TG-DT A曲线上出现一明显放热峰,说明试样开始形成新的结晶物质。 表1 高岭土原料化学组成(质量分数%) Table1The chemical compo sition of kaolinite raw materials ( wt%) SiO2Fe2O3Al2O 3 T iO2CaO MgO t.l.合计高岭土48.260.2436.1000.170.0412.7497.55偏高岭土54.240.3341.1400.250.13 1.0497.13 图1 高岭土试样的TG-DT A曲线 Fig1TG-DT A curve s of kaolinite sample 图2 焙烧高岭土的XRD谱 Fig2XRD patterns of calcined kaolintie 以上测试表明,高岭土在600~1000℃范围都可以进行活化 Ξ ΞΞ现沈阳建工学院工作收稿日期:1998-11-04

分子筛催化剂

分子筛催化剂

分子筛催化剂及其进化柴油机尾气的研究 一、分子筛催化剂 1、分子筛的相关解释 分子筛, 常称沸石或沸石分子筛, 按经典的定义为“是具有可以被很多大的离子和水分占据孔穴(道) 骨架结构的铝硅酸盐”。照传统定义,分子筛是具有均一结构,能将不同大小分子分离或选择性反应的固体吸附剂或催化剂。狭义讲,分子筛是结晶态的硅酸盐或硅铝酸盐,由硅氧四面体或铝氧四面体通过氧桥键连相连形成孔道和空隙体系,从而具有筛分分子的特性。基本可分为A、X、Y、M和ZSM几种型号,研究者常把它归属固体酸一类。 2、分子筛催化剂的分类及其特点 分子筛按孔道大小划分,分别有小于2 nm、2—50 nm和大于50 nm的分子筛,它们分别称为微孔、介孔和大孔分子筛。分子筛根据孔径大小可分为微孔、介孔和大孔分子筛3 大类。微孔分子筛具有强酸性和高水热稳定性等优点和特殊“择形催化”性能,但也存在着孔径狭窄、扩散阻力大等缺点,从而大大限制了在大分子催化反应中的应用。介孔分子筛具有比表面积高、吸附容量大、孔径大等特点,在一定程度上解决了传质扩散限制问题,但其酸性较弱且水热稳定性较差,导致其工业应用受到了限制。为了解决上述问题,研究人员开发了多级孔分子筛,该分子筛结合了介孔和微孔分子筛的优点,在石油化工领域具有不可估量的应用前景。 3、分子筛的催化特性 (1)催化反应的活性要求: 比表面积大,孔分布均匀,孔径可调变,对反应物和产物有良好的形状选择;结构稳定,机械强度高,可耐高温(400~600℃),热稳定性很好,活化再生后可重复使用;对设备无腐蚀且容易与反应产物分离,生产过程中基本不产生“三废”,废催化剂处理简单,不污染环境。如择形催化的研究体系,几乎包括了全部的烃类转化和合成,还有醇类和其它含氮、氧、硫有机化合物以及

分子筛催化剂及其作用机理

分子筛催化剂及其作用机理 1.分子筛的概念 分子筛是结晶型的硅铝酸盐,具有均匀的孔隙结构。分子筛中含有大量的结晶水,加热时可汽化除去,故又称沸石。自然界存在的常称沸石,人工合成的称为分子筛。它们的化学组成可表示为 Mx/n[(AlO2)x?(SiO2)y] ?ZH2O 式中M是金属阳离子,n是它的价数,x是AlO2的分子数,y是SiO2分子数,Z是水分子数,因为AlO2带负电荷,金属阳离子的存在可使分子筛保持电中性。当金属离子的化合价n = 1时,M的原子数等于Al的原子数;若n = 2,M的原子数为Al原子数的一半。 常用的分子筛主要有:方钠型沸石,如A型分子筛;八面型沸石,如X-型,Y-型分子筛;丝光型沸石(-M型);高硅型沸石,如ZSM-5等。分子筛在各种不同的酸性催化剂中能够提供很高的活性和不寻常的选择性,且绝大多数反应是由分子筛的酸性引起的,也属于固体酸类。近20年来在工业上得到了广泛应用,尤其在炼油工业和石油化工中作为工业催化剂占有重要地位。 2.分子筛的结构特征 (1)四个方面、三种层次: 分子筛的结构特征可以分为四个方面、三种不同的结构层次。第一个结构层次也就是最基本的结构单元硅氧四面体(SiO4)和铝氧四面体(AlO4),它们构成分子筛的骨架。相邻的四面体由氧桥连结成环。环是分子筛结构的第二个层次,按成环的氧原子数划分,有四元氧环、五元氧环、六元氧环、八元氧环、十元氧环和十二元氧环等。环是分子筛的通道孔口,对通过分子起着筛分作用。氧环通过氧桥相互联结,形成具有三维空间的多面体。各种各样的多面体是分子筛结构的第三个层次。多面体有中空的笼,笼是分子筛结构的重要特征。笼分为α笼,八面沸石笼,β笼和γ笼等。 (2)分子筛的笼: α笼:是A型分子筛骨架结构的主要孔穴,它是由12个四元环,8个六元环及6个八元环组成的二十六面体。笼的平均孔径为1.14nm,空腔体积为760[Å]3。α笼的最大窗孔为八元环,孔径0.41nm。 八面沸石笼:是构成X-型和Y-型分子筛骨架的主要孔穴,由18个四元环、4个六元环和4个十二元环组成的二十六面体,笼的平均孔径为 1.25nm,空腔体积为850[Å]3。最大孔窗为十二元环,孔径0.74nm。八面沸石笼也称超笼。 β笼:主要用于构成A型、X-型和Y型分子筛的骨架结构,是最重要的一种孔穴,它的形状宛如有关削顶的正八面体,空腔体积为160[Å]3,窗口孔径为约0.66nm,只允许NH3、H2O等尺寸较小的分子进入。 此外还有六方柱笼和γ笼,这两种笼体积较小,一般分子进不到笼里去。 不同结构的笼再通过氧桥互相联结形成各种不同结构的分子筛,主要有A-型、X型和Y型。 (3)几种具有代表性的分子筛 A型分子筛 类似于NaCl的立方晶系结构。若将NaCl晶格中的Na+和Cl-全部换成β笼,并将相邻的β笼用γ笼联结起来就得到A-型分子筛的晶体结构。8个β笼联结后形成一个方钠石结构,如用γ笼做桥联结,就得到A-型分子筛结构。中心有一个大的α的笼。α笼之间通道有一个八元环窗口,其直径为4Å,故称4A分子筛。若

分子筛催化剂,分子筛价格报价

分子筛催化剂,分子筛价格报价 郑州永坤环保科技有限公司 分子筛催化剂,分子筛价格报价,分子筛价格也是根据各种型号价格相差很多,9500元/吨到19000元/吨不等,分子筛是指具有均匀的微孔,其孔径与一般分子大小相当的一类物质。分子筛的应用非常广泛,可以作高效干燥剂、选择性吸附剂、催化剂、离子交换剂等,但是使用化学原料合成分子筛的成本很高。常用分子筛为结晶态的硅酸盐或硅铝酸盐,是由硅氧四面体或铝氧四面体通过氧桥键相连而形成分子尺寸大小(通常为0.3~2 nm)的孔道和空腔体系,因吸附分子大小和形状不同而具有筛分大小不同的流体分子的能力,多孔材料在许多领域有着广泛的应用,如微孔分子筛作为主要的催化材料、吸附分离材料和离子交换材料,在石油加工、石油化工、精细化工以及日用化工中起着越来越重要

的作用。 分子筛(又称合成沸石)是一种硅铝酸盐多微孔晶体。它是由硅氧、铝氧四面体组成基本的骨架结构,在晶格中存在着金属阳离子(如Na+,K+,Ca2+,Li+ 等),以平衡晶体中多余的负电荷。分子筛的类型按其晶体结构主要分为:A型,X型,Y型等。分子筛是一种具有立方晶格的硅铝酸盐化合物。分子筛具有均匀的微孔结构,它的孔穴直径大小均匀,这些孔穴能把比其直径小的分子吸附到孔腔的内部,并对极性分子和不饱和分子具有优先吸附能力,因而能把极性程度不同,饱和程度不同,分子大小不同及沸点不同的分子分离开来,即具有“筛分”分子的作用,故称分子筛。由于分子筛具有吸附能力高,热稳定性强等其它吸附剂所没有的优点,使得分子筛获得广泛的应用。 分子筛工作原理:吸附功能:分子筛对物质的吸附来源于物理吸附(范德华力),其晶体孔穴内部有很强的极性和

分子筛在石油加工中的应用和作用

七月四号星期四 分子筛在石油加工中的应用和作用 分子筛在石油化工中最主要的用途是催化作用。工业上用量最大的是分子筛裂化催化剂。使用分子筛催化的优点是活性高,选择性高,稳定性好,抗毒能力强。择形催化是一种将化学反应与分子筛吸附及扩散特性结合的科学,通过它可以改变已知反应途径及产物的选择性。导致择形催化的机理有两种,一种是由孔腔中参与反应的分子的扩散系数差别引起的,称为质量传递选择性;另一种是由催化反应过度态空间限制引起的,称为过渡态选择性。择形催化有四种形式:反应物择形催化(当反应混合物中某些能反应的分子因太大而不能扩散进入催化剂孔腔内,只有那些直径小于内孔径的分子才能进入内孔,在催化活性部分进行反应);产物的择形催化(当产物中某些分子太大,难于从分子筛催化剂内孔中扩散出来);过渡态限制的选择性(反应物和产物都不受催化剂窗口孔径扩散的限制,只是由于需要内孔或笼腔有较大的空间,才能形成相应的过渡态);分子交通控制的择形催化(在具有两种不同形状和大小孔道分子筛中,反应物可以很容易地通过一种孔道进入到催化剂的活性部位,进行催化反应,而产物分子则从另一孔道扩散出去,尽可能地减少逆扩散,从而增加反映速率)。分子筛对烯烃聚合有较好的催化作用,其活性为:异丁烷>丙烷>乙烯。在实际应用中可以把分子筛做成不同孔径以针对特定的反映。 分子筛吸湿能力极强,因此被广泛的用作干燥剂。吸收器油可用于分子筛干燥,使原来环境温度下操作的油吸收设备能转变为更有效的,在低温下操作的回收设备,油中存在的水分在一定的低温下生成碳氯化合物的水化物,引起堵塞和污染。分子筛的吸水作用会使水分减少,吸收器可在相对较高的温度下工作。在氟化氢或硫酸的烷化反应中,应用分子筛干燥原料可改善腐蚀和降低酸耗。分子筛可循环利用,吸水后,可在干燥箱250-300度干燥4小时以上,可以除掉绝大部分水分(再生不彻底)或者先用干燥箱150度干燥1小时,再用高温马弗炉500-550度焙烧1小时,可以除掉结晶水(再生完全)。 分子筛也可以做吸附剂,以除去硫化物。在二氧化碳含量较高的小储藏量的酸气井中,,天然气用分子筛吸附脱硫极为有利,通常用碱性吸收井不经济,分子筛对硫化氢的选择性比二氧化碳高。可用仪器自动控制,操作距离更远更安全。轻质碳氢化合物气流用分子筛液相吸附脱硫, 可得良好效果, 因为硫化合物的极性

沸石分子筛催化剂的发展现状

沸石分子筛催化剂的发展现状 姓名: 班级: 学号:

沸石分子筛催化剂的发展现状 摘要:从工业催化的角度思考和表述了沸石分子筛催化剂合成、催化及应用,综述了国内外相关的最新研究进展,探讨了分子筛催化剂未来的发展方向。旨在引发人们对分子筛催化未来向经济、可控、高效催化、绿色环保和新应用等方面发展的思考与探索。 关键词:沸石分子筛催化剂、工业应用、未来发展 在我国的经济发展,工业是国民经济的重要组成部分,化学工业中80% 以上的过程涉及催化技术,尤其对于炼油与石化工业,催化剂更是不可或缺,其中分子筛催化剂未来的发展方向又深切关系着工业的发展。目前,分子筛催化剂在炼油与化工工业得到了研究与应用,如催化裂化、加氢裂化、带支链芳烃的烷基化、异构脱蜡以及轻烯烃聚合等。国内外已开发出一批有发展前景的高功能化、多功能化、精密化的分子筛催化剂材料。分子筛催化剂的合成方法主要有:①水热晶化法;②非水体系合成法;③干胶转换法;④无溶剂干粉体系合成法;⑤微波辐射合成法;⑥蒸汽相体系合成法;⑦多级孔道沸石分子筛的合成;⑧化学后处理法;⑨硬模板法;⑩软模板法[1]。 而沸石分子筛是其中重要一员。沸石分子筛的工业催化应用始于上世纪60 年代,Mobil 公司首先发现并采用八面沸石替代无定形硅铝催化剂, 应用于炼油中催化裂化(FCC) 过程, 大大提高了汽油产量以及原油利用率。目前,仅作为FCC催化剂一项,沸石分子筛催化剂的销售额就占全球催化剂的18.5%。沸石分子筛具有确定的孔体系,大的晶内比表面积和与硫酸或氯化铝相当的酸性,同时具有分子筛分或择形作用以及可改性或易掺杂等优点,它们对许多工业催化反应有高效促进作用。在各种酸性催化剂高性能中,反应了它的催化潜力。此外,还有其他类型的高效分子筛催化剂。 1、沸石分子筛结构 沸石分子筛是一族结晶性硅铝酸盐的总称。沸石最基本的结构是由(SiO4)四面体和(AlO4)四面体。相邻的四面体由氧桥连结成环,环有大有小,按成环的氧原子数划分,有四元氧环,五元氧环,六元氧环,八元氧环,十元氧环和十二元氧环;环是分子筛的通道孔口,对通过的分子筛起筛分作用。氧环通过氧桥相互

沸石分子筛催化剂的发展现状及趋势

沸石分子筛催化剂的发展现状 摘要:从工业催化的角度思考和表述了沸石分子筛催化剂合成、催化及应用,综述了国内外相关的最新研究进展,探讨了分子筛催化剂未来的发展方向。旨在引发人们对分子筛催化未来向经济、可控、高效催化、绿色环保和新应用等方面发展的思考与探索。 关键词:沸石分子筛催化剂、工业应用、未来发展 在我国的经济发展,工业是国民经济的重要组成部分,化学工业中80% 以上的过程涉及催化技术,尤其对于炼油与石化工业,催化剂更是不可或缺,其中分子筛催化剂未来的发展方向又深切关系着工业的发展。目前,分子筛催化剂在炼油与化工工业得到了研究与应用,如催化裂化、加氢裂化、带支链芳烃的烷基化、异构脱蜡以及轻烯烃聚合等。国内外已开发出一批有发展前景的高功能化、多功能化、精密化的分子筛催化剂材料。分子筛催化剂的合成方法主要有:①水热晶化法;②非水体系合成法;③干胶转换法;④无溶剂干粉体系合成法;⑤微波辐射合成法;⑥蒸汽相体系合成法;⑦多级孔道沸石分子筛的合成;⑧化学后处理法;⑨硬模板法;⑩软模板法[1]。 而沸石分子筛是其中重要一员。沸石分子筛的工业催化应用始于上世纪60 年代,Mobil 公司首先发现并采用八面沸石替代无定形硅铝催化剂, 应用于炼油中催化裂化(FCC) 过程, 大大提高了汽油产量以及原油利用率。目前,仅作为FCC催化剂一项,沸石分子筛催化剂的销售额就占全球催化剂的18.5%。沸石分子筛具有确定的孔体系,大的晶内比表面积和与硫酸或氯化铝相当的酸性,同时具有分子筛分或择形作用以及可改性或易掺杂等优点,它们对许多工业催化反应有高效促进作用。在各种酸性催化剂高性能中,反应了它的催化潜力。此外,还有其他类型的高效分子筛催化剂。 1、沸石分子筛结构 沸石分子筛是一族结晶性硅铝酸盐的总称。沸石最基本的结构是由(SiO4)四面体和(AlO4)四面体。相邻的四面体由氧桥连结成环,环有大有小,按成环的氧原子数划分,有四元氧环,五元氧环,六元氧环,八元氧环,十元氧环和十二元氧环;环是分子筛的通道孔口,对通过的分子筛起筛分作用。氧环通过氧桥相互

“绿色”石油裂化中的沸石分子筛催化剂

“绿色”石油裂化中的沸石分子筛催化剂 摘要:沸石分子筛催化剂是一种环境友好型的催化剂,不仅具有较高的催化活性,且其本身无毒无害,是当前催化剂研究的热点之一。目前,分子筛已在工业中取得了广泛的应用,石油的催化裂化则是其中之一。本文将简要介绍分子筛催化剂在催化裂化中的重要性,并着重探讨分子筛在石油裂化“绿色化”的道路中应如何发展。 关键词:分子筛催化剂;催化裂化;绿色化学 1、分子筛与石油催化裂化 分子筛(molecular sieves)是一种能在分子水平上筛分物质的多孔材料,常包括沸石、微孔玻璃、活性炭以及磷铝酸盐。其中,沸石分子筛是具有均匀晶内孔道的结晶硅铝酸盐,而其作为一种固体酸催化剂,已被广泛用于石油化工及炼油领域。例如,将重质油转化为裂化气、柴油等的加工过程——催化裂化,则需要活性高、可再生的催化剂的参与。历经性能较差的天然白石与无定型硅铝酸盐,沸石分子筛在二十世纪六十年代开始登上催化裂化的舞台,大放异彩。 重质油裂化成轻质油与气体的过程,本质上即为一个脱碳的过程,焦炭与干 气可视为该反应的最终产物。在工业中,催化裂化装置必须 包括反应与催化剂再生两个部分,故而在考虑催化剂活性、 寿命、选择性等因素时,其是否易再生必须引起足够重视。 沸石分子筛以硅氧四面体与铝氧四面体为基本结构,并通过 共用顶点相互连接成链或环进而构成三维空间的骨架(右图 为X\Y型沸石分子筛的晶体结构)。Y型分子筛含有较高的硅 铝比,具有更高的裂化活性,相较于其他类型的沸石分子筛,Y性分子筛被更多用于裂化工业中,而为了适应较高的反应温度与催化剂再生温度,人们将Y型分子筛经高温水热处理铝或脱铝补硅以增强其稳定性,从而开发了一类超稳型沸石分子筛裂化催化剂(USY)。目前常用的沸石分子筛裂化催化剂有如下四大类:稀土Y型(REY),稀土氢Y型(REHY),超稳Y型(USY),稀土超稳Y型(RE-USY)。 一般而言,稳定性、活性、选择性以及抗重金属污染能力是催化剂选择的几个关键因素,而酸性则是影响它们的重要指标之一。对于硅-铝型催化剂而言,其酸性源于铝氧四面体。相较于无定型硅酸铝,沸石分子筛酸中心浓度高,又因具备吸附能力强的微孔结构而能在酸中心附近吸附更多反应物,另外其筛孔穴中的电场会使C-H键极化促使碳正离子的生成和反应。除此之外,因分子筛本身的孔结构特性以及晶体稳定性,使其比无定型硅铝酸等早期催化裂化催化剂具有更高的选择性以及水热稳定性。而对于某些因沉积表面而使催化剂活性、选择性降低的重金属,如镍、铁等,沸石分子筛尽管已有了较为优良的抗污染能力,但在实际生产中因重金属污染所受的影响依然较大。倘若具有较多的酸中心,则可稍降低该污染的影响。当然,为了满足市场以及环境的需求,催化裂化的工业流程

4A分子筛

4A分子筛 4A分子筛是一种碱金属硅铝酸盐,能吸附水、NH3、H2S、二氧化硫、二氧化碳、C2H5OH、C2H6、C2H4等临界直径不大于4A的分子。广泛应用于气体、液体的干燥,也可用于某些气体或液体的精制和提纯,如氩气的制取。 分子筛是一种人工合成的、具有微孔型立方晶格的硅铝酸盐。依据其晶体内部孔穴的大小而吸附或排斥不同物质的分子,因而被称为“分子筛”。分子直径小于分子筛晶体孔穴直径的物质可以进入分子筛晶体,从而被吸附,否则,被排斥。分子筛还根据不同物质分子的极性决定优先吸附的次序。按分子的大小和形状不同的选择吸附作用,即只吸附那些小于分子筛孔径的分子。对于小的极性分子和不饱和分子,具有选择吸附性能,极性越大,不饱和度越高,其选择吸附性越强。A型分子筛属于分子筛其中的一种,其结构与NaCl的很相似,属于立方晶系。由于4A分子筛的有效孔径为0.4nm,故称为4A分子筛,其空间网络结构由硅氧四面体单元[SiO4]和铝氧四面体[AlO4]单元交错排列而成。 分子筛的性能: 1.离子交换性能----软化水质功能:4A分子筛骨架中的每一个氧原子都为相邻的两个四面体所共有,这种结构形成了可为阳离子和水分子占据的大晶穴,而且这些阳离子和水分子有较大的移动性,可进行阳离子交换和可逆脱水。4A分子筛的离子交换是在带有铝离子的骨架上进行的,每一个铝离子所带的一个负电荷,不仅可以结合钠离子,也可以结合其它阳离子。钙、镁离子可以进入原来钠离子占据的大晶穴,将4A分子筛中的钠离子替换下来----即4A分子筛中的钠离子可进行离子交换,可与硬水中的Ca2+、、Mg2+离子进行交换,从而达到软化水质的目的。 4A分子筛结合钙镁离子的速度比三聚磷酸钠慢,且与镁离子的结合能力较弱。但4A分子筛可将水溶液中少量有害的重金属离子(如Pb2+、Cd2+、Hg2+)能很容易快速除去,对净化水质有着十分重要的意义。 2. 对表面活性剂的吸附性----载液功能:由于4A分子筛晶体的孔穴结构,加上微粒具有很大的比表面积,所以4A分子筛的吸附性能很强。 对非离子表面活性剂的吸附,4A分子筛是NTA(次氨基三乙酸盐)和碳酸钠的3倍,是三聚磷酸钠(STPP)和硫酸钠的5倍,这个性质对于在附聚成型生产高浓缩洗衣粉中配入更多的表面活性剂,制得洗涤和流动性能好的产品很有意义。通过实验,4A分子筛的液体携带量≥30%,在洗衣粉生产过程中加入4A分子筛,可增加材料流动性,调节粘度,制得产品外观、流动性和抗结块性能力好的产品。 3. 去污力:通过实验对含不同助剂同一配方,改变助剂比较其去污力,发现20%的STPP、20%的分子筛、4%的聚合物去污效果与40%的STPP相当,在无磷配方中20%的分子筛中加入10%的碳酸钠和 4.5%的聚合物,可得到去污力十分理想的产品。

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