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芳烃是重要的基础化工原料,主要源于石油重整和裂解。但考虑到原油的减少和价格的波动,寻求新途径生产芳烃意义重大。在诸多替代工艺中,煤经甲醇合成芳烃(MTA)技术前景广阔。ZSM-5微孔有序,外表面大,酸性强,水热稳定性高,芳构化性能良好。但其表面酸复杂,副反应多,芳烃选择性不高,微孔扩散限制也易造成积碳失活。减小晶粒尺寸和构建介孔能有效缩短反应路径,促进产物扩散,提高催化稳定性。而对其负载助剂Zn,能增加L酸量,促进脱氢反应,提升芳烃选择性。本论文主要围绕ZSM-5晶粒尺寸、介孔及助剂三个结构因素,探讨了它们相互耦合后对MTA反应性能的影响,以期探寻不同结构因素复合后最佳的催化效果,提供高性能芳构化催化剂的制备方向。针对纳米ZSM-5体相铝分布不均匀导致的不均匀脱硅成孔问题,通过采用盐酸-草酸-混合碱处理的方法,实现体相均匀小介孔的构建及表面酸性的优化,初步探讨了介孔构建对催化性能的影响,主要结论如下:(1)碱处理使微米ZSM-5外表面积由48 m2/g明显增至179 m2/g,酸量由1.21 mmol/g降到0.91 mmol/g;而纳米ZSM-5本身孔道短,碱处理后孔道扩散难以进一步提升,外表面积为106 m2/g,且其酸性保持较好,酸量维持在0.74 mmol/g。负载Zn后,部分孔结构堵塞使微孔表面积降低,但介孔ZSM-5负载Zn后微孔表面积下降程度比原粉负载Zn更小。(2)纳米ZSM-5扩散通道短,酸量低,催化寿命高,但芳烃选择性却低于微米ZSM-5。碱处理后的纳米ZSM-5由于具备短孔道,虽然外表面积小于微米介孔ZSM-5,但寿命明显高于微米介孔ZSM-5,说明微米介孔ZSM-5需要提高介孔连通性。纳米介孔ZSM-5酸量基本不变,且外表面积略微减少,芳烃选择性保持较好。继续负载Zn后,虽然寿命显著降低,但仍保持较高的催化稳定性,寿命高达84 h(空速为8 h-1),芳烃选择性高达80.82%(空速为2 h-1)。综合考虑,纳米ZSM-5孔道短,碱处理过程中又能保持较好的酸性,添加Zn后,能表现出较高的催化性能。(3)NaOH溶液中引入TPA+后,基于TPA+对吸附位周围硅的保护,空心程度降低。硅脱除使酸量由0.48 mmol/g显著增加为0.60 mmol/g。碱处理前预先用盐酸处理,脱除部分骨架铝,降低铝梯度,但会形成一些非骨架铝,抑制后续碱脱硅,难以引入介孔,酸量降低。盐酸处理后再草酸处理,选择性消除外表面的非骨架铝,再进行混合碱处理可以促进体相均匀小介孔的形成,酸量增加为0.51 mmol/g。(4)NaOH溶液处理形成的空心结构利于产物的扩散,催化寿命由100h增至130 h,但芳烃选择性降低为44.9%。溶液引入TPA+后,强酸量的增加,使寿命略有降低,但芳烃选择性提升至48.0%。混合碱处理前先盐酸预处理,虽无明显介孔,但酸量减少使寿命增加为150 h。增加草酸处理后,酸量的提升和表面非骨架铝的减少,催化寿命提升至155 h,芳烃选择性增至51.1%。进一步负载Zn后,芳烃选择性提升为84.5%,BTX选择性也达到50.9%(空速为2 h-1)。