物理化学学报 >> 2019, Vol. 35 >> Issue (11): 1248-1258.doi: 10.3866/PKU.WHXB201901062
翟岩亮,张少龙,张络明,尚蕴山,王文轩,宋宇,姜彩彤,巩雁军*()
收稿日期:
2019-01-24
录用日期:
2019-03-04
发布日期:
2019-03-08
通讯作者:
巩雁军
E-mail:gongyj@cup.edu.cn
基金资助:
Yanliang ZHAI,Shaolong ZHANG,Luoming ZHANG,Yunshan SHANG,Wenxuan WANG,Yu SONG,Caitong JIANG,Yanjun GONG*()
Received:
2019-01-24
Accepted:
2019-03-04
Published:
2019-03-08
Contact:
Yanjun GONG
E-mail:gongyj@cup.edu.cn
Supported by:
摘要:
本文设计了两个系列的硼改性ZSM-5分子筛:一步法合成的B-Al-ZSM-5系列分子筛和两步法合成的Al-ZSM-5@B-ZSM-5核壳分子筛。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、扫描透射电子显微镜面扫(STEM mapping)、N2物理吸附脱附、氨气程序升温脱附(NH3-TPD)、1, 3, 5-三异丙基苯(TIPB)裂解等表征发现,两个系列的样品中B1-Al-ZSM-5和Al@B1-ZSM-5,B2-Al-ZSM-5和Al@B2-ZSM-5以及B3-Al-ZSM-5和Al@B3-ZSM-5分别具有相似的织构性质、强弱酸量、酸强度和比例,以及不同的B、Al元素分布和酸分布。我们用这两个系列样品对比研究不同的强弱酸分布-强弱酸均匀分布和梯度分布对甲醇制丙烯(MTP)反应性能的影响。通过研究发现,强弱酸均匀分布的样品具有更高的丙烯选择性,归因于更低的整体强弱酸密度;而强弱酸梯度分布的样品具有更长的MTP反应寿命,归因于外表面上更低的强酸密度和更高的弱酸密度。
翟岩亮, 张少龙, 张络明, 尚蕴山, 王文轩, 宋宇, 姜彩彤, 巩雁军. 不同B,Al分布对ZSM-5分子筛的甲醇制丙烯反应性能的影响[J]. 物理化学学报, 2019, 35(11), 1248-1258. doi: 10.3866/PKU.WHXB201901062
Yanliang ZHAI, Shaolong ZHANG, Luoming ZHANG, Yunshan SHANG, Wenxuan WANG, Yu SONG, Caitong JIANG, Yanjun GONG. Effect of B and Al Distribution in ZSM-5 Zeolite on Methanol to Propylene Reaction Performance[J]. Acta Physico-Chimica Sinica 2019, 35(11), 1248-1258. doi: 10.3866/PKU.WHXB201901062
表1
不同ZSM-5分子筛的织构性质"
Sample | SBET a/(m2·g-1) | Sext b/(m2·g-1) | Smicro b/(m2·g-1) | Vtotal c/(cm3·g-1) | Vmeso d/(cm3·g-1) | Vmicro b/(cm3·g-1) |
B0-Al-ZSM-5 | 348 | 127 | 221 | 0.18 | 0.08 | 0.10 |
B1-Al-ZSM-5 | 342 | 134 | 208 | 0.20 | 0.09 | 0.11 |
B2-Al-ZSM-5 | 340 | 122 | 218 | 0.22 | 0.10 | 0.12 |
B3-Al-ZSM-5 | 337 | 141 | 196 | 0.20 | 0.09 | 0.11 |
Al-ZSM-5 | 341 | 118 | 223 | 0.18 | 0.09 | 0.09 |
Al@B1-ZSM-5 | 348 | 129 | 219 | 0.23 | 0.11 | 0.12 |
Al@B2-ZSM-5 | 341 | 137 | 204 | 0.21 | 0.10 | 0.11 |
Al@B3-ZSM-5 | 348 | 124 | 224 | 0.21 | 0.11 | 0.10 |
B0-Al-ZSM-5-De | 270 | 94 | 176 | 0.12 | 0.04 | 0.08 |
B2-Al-ZSM-5-De | 246 | 87 | 159 | 0.11 | 0.04 | 0.07 |
Al-ZSM-5-De | 282 | 98 | 184 | 0.10 | 0.03 | 0.07 |
Al@B2-ZSM-5-De | 194 | 101 | 93 | 0.09 | 0.04 | 0.05 |
表2
不同ZSM-5分子筛的NH3-TPD实验结果"
Sample | Acidity/(μmol·g–1) | Tpeak/℃ | |||||
weak | strong | total | strong/weak | peak1 | peak2 | ||
B0-Al-ZSM-5 | 30.9 | 39.3 | 70.2 | 1.27 | 182 | 360 | |
B1-Al-ZSM-5 | 35.1 | 39.0 | 74.1 | 1.11 | 181 | 360 | |
B2-Al-ZSM-5 | 38.2 | 35.8 | 74.0 | 0.94 | 180 | 358 | |
B3-Al-ZSM-5 | 45.2 | 32.9 | 78.1 | 0.73 | 178 | 360 | |
Al-ZSM-5 | 81.0 | 98.5 | 179.5 | 1.22 | 198 | 391 | |
Al@B1-ZSM-5 | 31.7 | 35.8 | 67.5 | 1.13 | 181 | 358 | |
Al@B2-ZSM-5 | 35.1 | 33.5 | 68.6 | 0.95 | 180 | 362 | |
Al@B3-ZSM-5 | 41.3 | 31.2 | 72.5 | 0.76 | 180 | 363 |
表3
不同ZSM-5分子筛的积碳量和积碳速率"
Sample | Total a | Internal b | External c | Internal/Total | |||||
Coke/(%) | Coking rate/(mg·g-1·h-1) | Coke/(%) | Coking rate/(mg·g-1·h-1) | Coke/(%) | Coking rate/(mg·g-1·h-1) | ||||
B0-Al-ZSM-5-D | 5.53 | 0.65 | 1.54 | 0.18 | 3.99 | 0.47 | 27.80% | ||
B2-Al-ZSM-5-D | 6.74 | 0.31 | 2.30 | 0.11 | 4.44 | 0.21 | 34.10% | ||
Al-ZSM-5-D | 8.96 | 0.82 | 1.82 | 0.17 | 7.14 | 0.66 | 20.30% | ||
Al@B2-ZSM-5-D | 8.37 | 0.28 | 5.48 | 0.18 | 2.89 | 0.10 | 65.47% |
1 |
Plotkin J. S. Catal. Today 2005, 106 (1–4), 10.
doi: 10.1016/j.cattod.2005.07.174 |
2 |
Sun C. ; Du J. M. ; Liu J. ; Yang Y. S. ; Ren N. ; Shen W. ; Xu H. L. ; Tang Y. Chem. Commun. 2010, 46 (15), 2671.
doi: 10.1039/b925850g |
3 |
Zhao G. L. ; Teng J. W. ; Xie Z. K. ; Jin W. Q. ; Yang W. M. ; Chen Q. L. ; Tang Y. J. Catal. 2007, 248 (1), 29.
doi: 10.1016/j.jcat.2007.02.027 |
4 |
Sardesai A. ; Lee S. Energy Sources 2005, 27 (6), 489.
doi: 10.1080/009083190518970 |
5 |
Khanmohammadi M. ; Amani S. ; Garmarudi A. B. ; Niaei A. Chin. J. Catal. 2016, 37 (3), 325.
doi: 10.1016/S1872-2067(15)61031-2 |
6 |
Yarulina I. ; Chowdhury A. D. ; Meirer F. ; Weckhuysen B. M. ; Gascon J. Nat. Catal. 2018, 1 (6), 398.
doi: 10.1038/s41929-018-0078-5 |
7 |
Hu S. ; Gong Y. J. ; Xu Q. H. ; Liu X. L. ; Zhang Q. ; Zhang L. L. ; Dou T. Catal. Commun. 2012, 28, 95.
doi: 10.1016/j.catcom.2012.08.011 |
8 |
Teketel S. ; Olsbye U. ; Lillerud K. P. ; Beato P. ; Svelle S. Appl. Catal. A 2015, 494, 68.
doi: 10.1016/j.apcata.2015.01.035 |
9 |
Meng X. J. ; Yu Q. J. ; Gao Y. N. ; Zhang Q. ; Li C. Y. ; Cui Q. K. Catal. Commun. 2015, 61, 67.
doi: 10.1016/j.catcom.2014.12.011 |
10 |
Zhang L. L. ; Song Y. ; Li G. D. ; Zhang S. L. ; Shang Y. S. ; Gong Y. J. Acta Phys. -Chim. Sin. 2015, 31 (11), 2139.
doi: 10.3866/PKU.WHXB201509281 |
张兰兰; 宋宇; 李国栋; 张少龙; 尚蕴山; 巩雁军. 物理化学学报, 2015, 31 (11), 2139.
doi: 10.3866/PKU.WHXB201509281 |
|
11 |
Zhang S. L. ; Zhang L. L. ; Wang W. G. ; Min Y. Y. ; Ma T. ; Song Y. ; Gong Y. J. ; Dou T. Acta Phys. -Chim. Sin. 2014, 30 (03), 535.
doi: 10.3866/PKU.WHXB201401032 |
张少龙; 张兰兰; 王务刚; 闵媛媛; 马通; 宋宇; 巩雁军; 窦涛. 物理化学学报, 2014, 30 (3), 535.
doi: 10.3866/PKU.WHXB201401032 |
|
12 |
Wei R. C. ; Li C. Y. ; Yang C. H. ; Shan H. H. J. Nat. Gas Chem. 2011, 20 (3), 261.
doi: 10.1016/s1003-9953(10)60198-3 |
13 |
Chang C. D. ; Chu C. T. ; Socha R. F. J. Catal. 1984, 86 (2), 289.
doi: 10.1016/0021-9517(84)90374-9 |
14 |
Gayubo A. G. ; Benito P. L. ; Aguayo A. T. ; Olazar M. ; Bilbao J. J. Chem. Technol. Biot. 1996, 65 (2), 186.
doi: 10.1002/(SICI)1097-4660(199602)65:2<186::AID-JCTB401>3.0.CO;2-J |
15 |
Ong L. H. ; Doemoek M. ; Olindo R. ; van Veen A. C. ; Lercher J. A. Micropor. Mesopor. Mat. 2012, 164 (SI), 9.
doi: 10.1016/j.micromeso.2012.07.033 |
16 |
Nayak V. S. ; Choudhary V. R. Appl. Catal. 1984, 10 (2), 137.
doi: 10.1016/0166-9834(84)80098-6 |
17 |
Mao D. ; Guo Q. ; Meng T. ; Lu G. Acta Phys. -Chim. Sin. 2010, 26 (2), 338.
doi: 10.3866/PKU.WHXB20100208 |
毛东森; 郭胜强; 孟涛; 卢冠忠. 物理化学学报, 2010, 26 (2), 338.
doi: 10.3866/PKU.WHXB20100208 |
|
18 |
Zhang S. L. ; Gong Y. J. ; Zhang L. L. ; Liu Y. S. ; Dou T. ; Xu J. ; Deng F. Fuel Process. Technol. 2015, 129, 130.
doi: 10.1016/j.fuproc.2014.09.006 |
19 |
Li J. J. ; Liu M. ; Guo X. W. ; Xu S. T. ; Wei Y. X. ; Liu Z. M. ; Song C. S. ACS Appl. Mater. Inter. 2017, 9 (31), 26096.
doi: 10.1021/acsami.7b07806 |
20 |
Li J. J. ; Min L. ; Guo X. W. ; Dai C. Y. ; Xu S. T. ; Wei Y. X. ; Liu Z. M. ; Song C. S. Ind. Eng. Chem. Res. 2018, 57 (24), 8190.
doi: 10.1021/acs.iecr.8b00513 |
21 |
Papari S. ; Mohammadrezaei A. ; Asadi M. ; Golhosseini R. ; Naderifar A. Catal. Commun. 2011, 16 (1), 150.
doi: 10.1016/j.catcom.2011.09.024 |
22 |
Hadi N. ; Niaei A. ; Nabavi S. R. ; Navaei Shirazi M. ; Alizadeh R. J. Ind. Eng. Chem. 2015, 29, 52.
doi: 10.1016/j.jiec.2015.03.017 |
23 |
Liu J. ; Zhang C. X. ; Shen Z. H. ; Hua W. M. ; Tang Y. ; Shen W. ; Yue Y. H. ; Xu H. L. Catal. Commun. 2009, 10 (11), 1506.
doi: 10.1016/j.catcom.2009.04.004 |
24 |
Zhong J. W. ; Han J. F. ; Wei Y. X. ; Xu S. T. ; He Y. L. ; Zheng Y. J. ; Ye M. ; Guo X. W. ; Song C. S. ; Liu Z. M. Chem. Commun. 2018, 54 (25), 3146.
doi: 10.1039/C7CC09239C |
25 |
Wang K. ; Dong M. ; Niu X. J. ; Li J. F. ; Qin Z. F. ; Fan W. B. ; Wang J. G. Catal. Sci. Technol. 2018, 8 (21), 5646.
doi: 10.1039/C8CY01734D |
26 |
Kong C. Y. ; Zhu J. ; Liu S. Y. ; Wang Y. RSC Adv. 2017, 7 (63), 39889.
doi: 10.1039/C7RA06488H |
27 |
Miyamoto M. ; Kamei T. ; Nishiyama N. ; Egashira Y. ; Ueyama K. Adv. Mater. 2005, 17 (16), 1985.
doi: 10.1002/ADMA.2005.00522 |
28 |
Zhu Z. R. ; Chen Q. L. ; Xie Z. K. ; Yang W. M. ; Kong D. J. ; Li C. J. Mol. Catal. A: Chem. 2006, 248 (1–2), 152.
doi: 10.1016/j.molcata.2005.10.023 |
29 |
Nunan J. ; Cronin J. ; Cunningham J. J. Catal. 1984, 87 (1), 77.
doi: 10.1016/0021-9517(84)90169-6 |
30 |
Rostamizadeh M. ; Taeb A. J. Ind. Eng. Chem. 2015, 27, 297.
doi: 10.1016/j.jiec.2015.01.004 |
31 |
Yang Y. S. ; Sun C. ; Du J. M. ; Yue Y. H. ; Hua W. M. ; Zhang C. L. ; Shen W. ; Xu H. L. Catal. Commun. 2012, 24, 44.
doi: 10.1016/j.catcom.2012.03.013 |
32 |
Hu Z. J. ; Zhang H. B. ; Wang L. ; Zhang H. X. ; Zhang Y. H. ; Xu H. L. ; Shen W. ; Tang Y. Catal. Sci. Technol. 2014, 4 (9), 2891.
doi: 10.1039/c4cy00376d |
33 |
Li C. G. ; Vidal-Moya A. ; Miguel P. J. ; Dedecek J. ; Boronat M. ; Corma A. ACS Catal. 2018, 8 (8), 7688.
doi: 10.1021/acscatal.8b02112 |
34 |
Schmidt F. ; Hoffmann C. ; Giordanino F. ; Bordiga S. ; Simon P. ; Carrillo-Cabrera W. ; Kaskel S. J. Catal. 2013, 307, 238.
doi: 10.1016/j.jcat.2013.07.020 |
35 |
Zhao X. B. ; Hong Y. ; Wang L. Y. ; Fan D. ; Yan N. N. ; Liu X. N. ; Tian P. ; Guo X. W. ; Liu Z. M. Chin. J. Catal. 2018, 39 (8), 1418.
doi: 10.1016/S1872-2067(18)63117-1 |
36 |
Losch P. ; Boltz M. ; Bernardon C. ; Louis B. ; Palčić A. ; Valtchev V. Appl. Catal. A 2016, 509, 30.
doi: 10.1016/j.apcata.2015.09.037 |
37 |
Li N. ; Zhang Y. Y. ; Chen L. ; Au C. T. ; Yin S. F. Micropor. Mesopor. Mat. 2016, 227, 76.
doi: 10.1021/acs.iecr.7b05075 |
38 |
Lee K. ; Lee S. ; Jun Y. ; Choi M. J. Catal. 2017, 347, 222.
doi: 10.1016/j.jcat.2017.01.018 |
39 |
Zhai Y. L. ; Zhang S. L. ; Shang Y. S. ; Song Y. ; Wang W. X. ; Ma T. ; Zhang L. M. ; Gong Y. J. ; Xu J. ; Deng F. Catal. Sci. Technol. 2019, 9, 659.
doi: 10.1039/C8CY02177E |
40 |
Ghorbanpour A. ; Gumidyala A. ; Grabow L. C. ; Crossley S. P. ; Rimer J. D. ACS Nano 2015, 9 (4), 4006.
doi: 10.1021/acsnano.5b01308 |
41 |
Odedairo T. ; Balasamy R. J. ; Al-Khattaf S. J. Mol. Catal. A: Chem. 2011, 345 (1), 21.
doi: 10.1016/j.molcata.2011.05.015 |
42 |
Sang Y. ; Xing A. H. ; Wang C. F. ; Han Z. H. ; Wu Y. L. Catalysts 2017, 7 (6), 171.
doi: 10.3390/catal7060171 |
43 |
Van Vu D. ; Miyamoto M. ; Nishiyama N. ; Egashira Y. ; Ueyama K. J. Catal. 2006, 243 (2), 389.
doi: 10.1016/j.jcat.2006.07.028 |
44 |
Arudra P. ; Bhuiyan T. I. ; Akhtar M. N. ; Aitani A. M. ; Al-Khattaf S. S. ; Hattori H. ACS Catal. 2014, 4 (11), 4205.
doi: 10.1021/cs5009255 |
45 |
Yarulina I. ; De Wispelaere K. ; Bailleul S. ; Goetze J. ; Radersma M. ; Abou-Hamad E. ; Vollmer I. ; Goesten M. ; Mezari B. ; Hensen E. J. M. ; et al Nat. Chem. 2018, 10 (8), 804.
doi: 10.1038/s41557-018-0081-0 |
46 |
Gao S. S. ; Xu S. T. ; Wei Y. X. ; Qiao Q. L. ; Xu Z. C. ; Wu X. Q. ; Zhang M. Z. ; He Y. L. ; Xu S. L. ; Liu Z. M. J. Catal. 2018, 367, 306.
doi: 10.1016/j.jcat.2018.09.010 |
[1] | 胡思, 张卿, 尹琪, 张亚飞, 巩雁军, 张瑛, 吴志杰, 窦涛. 氢氧化钠-氟硅酸铵改性HZSM-5催化甲醇制丙烯[J]. 物理化学学报, 2015, 31(7): 1374 -1382 . |
[2] | 张兰兰,宋宇,李国栋,张少龙,尚蕴山,巩雁军. 不同模板剂合成具有介微结构的ZSM-5分子筛及其甲醇制丙烯性能[J]. 物理化学学报, 2015, 31(11): 2139 -2150 . |
[3] | 王峰,顔蜀雋, 雍晓静, 罗春桃, 张卿, 温鹏宇, 巩雁军, 窦涛. 稀释蒸汽中Na+及积炭对甲醇制丙烯催化剂性能影响[J]. 物理化学学报, 2013, 29(02): 358 -364 . |
[4] | 孔德金, 邹薇, 郑均林, 祁晓岚, 房鼎业. MFI/MFI核壳分子筛合成的影响因素及结晶动力学[J]. 物理化学学报, 2009, 25(09): 1921 -1927 . |
|