ZSM-5封装Pt基纳米粒子的制备及其催化裂解C4烷烃性能的研究

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乙烯、丙烯等低碳烯烃作为基础化工原料,需求量正逐年上升。当前,其生产方法主要包括催化裂解、烷烃脱氢、蒸汽裂解等。我国C4烃来源丰富,随着科技进步,C4烷烃深加工逐步变得多元化,C4烷烃催化裂解制低碳烯烃成为生产乙烯丙烯的主要途径。Pt具有优异的脱氢性能,常用于烷烃脱氢。此外,以苯、甲苯、二甲苯(BTX)为代表的芳烃化合物是石油化工产品重要的组成成分,在石化领域占据举足轻重的地位。C4烷烃芳构化制取轻质芳烃化合物一直以来也备受关注。但是在实验过程中研究人员发现Pt纳米粒子在高温条件下容易出现聚集。因此,基于以上研究现状,本论文开展工作如下:(1)将Pt纳米粒子封装在具有十元环孔道的ZSM-5分子筛中,并向其中引入助剂金属Zn,使Pt纳米粒子在高温条件下保持稳定。采用一锅法合成出Pt-x Zn@HZSM-5催化剂。对催化剂的硅铝比、Pt含量以及Zn/Pt摩尔比进行调变,发现当硅铝比为80、Pt含量为5‰、Zn/Pt摩尔比为0.1时催化剂催化裂解异丁烷效果最好,在625℃异丁烷转化率接近100%,双烯选择性为56.7%,收率为54.7%,三苯三烯收率约为80%,高于HZSM-5催化剂25%,比Pt@HZSM-5高15%。(2)采用一锅法制备出硅铝比为80,Pt含量为5‰Pt-x Ni@HZSM-5催化剂,对助剂金属Ni/Pt摩尔比进行探索。发现在催化裂解异丁烷研究实验中,Ni/Pt摩尔比为0.1时,催化效果相对较好,在625℃时转化率为92.1%,双烯选择性达到60%,双烯收率为55.2%。进一步将该系列催化剂应用于催化正丁烷裂解实验中,Pt-0.1Ni@HZSM-5催化剂表现出较好的催化效果,在650℃时转化率为90.6%。双烯选择性为54.9%,双烯收率为51.2%。随着Ni引入量的逐渐增多,正丁烷转化率和双烯收率均呈现出下降的趋势,说明适量Ni的引入可以提高其催化活性。(3)以乙二胺(EDA)和乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)分别作为锰离子不同的配体,采用一锅法制备了Pt-x Mn@HZSM-5(EDA)和Pt-x Mn@HZSM-5(EDTA-2Na)催化剂。发现以EDA为配体,Mn/Pt摩尔比为1时催化剂表现出较好催化效果。在625℃时异丁烷转化率为95.1%,双烯收率54.8%。当以EDTA-2Na为配体时,催化剂的催化裂解活性反而较Pt@HZSM-5有一定程度的下降。
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