Y沸石的孔结构和酸性与碳氢化合物催化转化性能的关系

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由于Y沸石具有较大的孔尺寸,高的比表面积以及丰富的酸密度,被广泛应用于工业催化裂化和加氢裂化,尤其是作为流化催化裂化(FCC)的活性组分,发挥着不可替代的作用。商业应用的Y沸石往往都是通过改性处理从而引入二次孔,提高稳定性,增强酸强度,极大地改善了催化活性。本文将NH4Y沸石通过水热蒸气处理、酸洗处理、氟硅酸铵处理、碱处理得到了脱铝Y沸石,对其进行氮气吸/脱附、固体核磁、吡啶红外、羟基红外基础表征,采用三种探针分子三异丙苯、均三甲苯、甲基环己烷(1,3,5-TIPB、1,3,5-TMB、MCH)进行催化转化模型反应来考察沸石的孔结构和酸性。主要研究内容为以下两部分:一、通过29Si MAS NMR、27Al MAS NMR来研究沸石中的硅铝的分布与酸性的关系。经过改性处理之后,Y沸石的硅铝分布已经发生很大的改变,我们对固体核磁实验所测得的硅谱和铝谱分别进行分峰拟合并积分,从而得到不同样品的硅铝比以及骨架硅铝的分布情况。不同环境的铝所提供的酸性是不一样的,通过结合吡啶红外,羟基红外的实验结果综合分析,得到沸石骨架硅铝的分布与酸性之间的联系。因此固体核磁对于研究沸石催化性能具有重要的研究意义。二、在所有的改性Y样品中,通过三种探针分子模型反应来考察沸石的孔结构、酸性与催化性能之间的联系。这三种探针分子反应不仅可以作为催化转化的模型反应,而且具有实际的工业应用价值。这些分子都是催化裂化和加氢裂化的反应物或产物,尤其是甲基环己烷的催化转化包含了FCC中所有的反应,如开环、β-scission、异构化、双分子氢转移等反应,并且每一种反应都具有自己的特点,这对于酸性的表征更具有说服力。通过分析这三种反应的催化活性、产品分布及选择性来建立沸石的孔结构和酸性与碳氢化合物的催化转化性能的关系。因此,我们利用探针分子模型反应来表征沸石的孔结构和酸性,为工业催化提供重要的理论研究依据。通过固体核磁和酸性表征结果表明不同配位的铝的分布对于酸性的影响是非常大的,并且打破了传统的认知,五配位的铝不仅可以提供Lewis酸,也可以提供Br?nsted酸并且是强Br?nsted酸,而扭曲的四配位的铝也可以提供Lewis酸。通过考察三种探针分子模型反应的转化率、产品分布及选择性反映了沸石的孔结构和酸性的分布。NH4Y沸石经改性处理后,介孔的引入增加了外比表面积及介孔体积,增大了反应空间,减小了分子扩散限制,提高了酸性位的可接近性和利用率,大大改善了催化活性。三异丙苯、均三甲苯、甲基环己烷的催化转化分别反映了改性Y沸石的可接近酸中的总酸量以及酸强度的分布,改性Y沸石孔内和孔外的酸性分布,改性Y沸石的强B酸的分布。
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