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《中国石油大学(华东)》 2016年
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多级孔结构FAU分子筛吸附扩散性能研究

赵华  
【摘要】:多级孔道分子筛由于结合了两种或两种以上不同分子筛材料的酸性或孔道优势,对提升催化反应中反应物对酸性中心可接近性、增加扩散速率,及提高产物分子从活性中心的脱附等都是十分有利的,在应用中表现出了良好的协同作用和优良的催化性能。对于重油裂化、大分子催化和芳烃选择性吸附分离等领域,多级孔Y分子筛具有较好的效果和广阔的应用前景。在实际的反应过程中,吸附质在分子筛中的吸附过程和晶内扩散过程是影响反应的关键因素。因此,本论文主要采用频率响应(FR)技术结合原位傅里叶红外光谱(FTIR)、氨程序升温脱附(NH_3-TPD)、智能重量分析仪(IGA)等技术手段,研究正辛烷、噻吩、苯和对二甲苯在多级孔Y分子筛上的吸附和扩散行为。开展的具体工作有:研究了苯和对二甲苯在传统NaY分子筛和高岭土原位晶化合成NaY分子筛(简写Kaolin-NaY)上的吸附扩散性能。分子筛物化性能分析表明,负载晶化可得晶粒小且分布较分散的纳米级NaY分子筛,L酸酸性减弱,并且对重油大分子的可接近性优于传统NaY分子筛。FR谱图证明苯在高岭土上的传质是一速率很快的过程,吸附量几乎为零,与吸附等温线分析结果一致;温度较低时,苯在NaY分子筛和Kaolin-NaY分子筛上均有两个吸附过程,低频吸附是π电子相互作用,高频吸附属于孔填充物理吸附;但温度较高时,苯在传统NaY分子筛上还检测到苯分子重排引起的中频吸附过程,而在Kaolin-NaY上的传质却以扩散过程为主,苯分子在孔道内的重排过程几乎观测不到。结合程序升温脱附曲线和扩散动力学曲线可知,苯与传统NaY分子筛之间的作用力强于Kaolin-NaY分子筛,后者具有更优的扩散性能,因而在加氢裂化中表现出较低的尾油芳烃指数(BMCI)值。由此判断的作用力种类和强弱与FR谱图分析结果一致。对二甲苯在分子筛上的程序升温脱附曲线和扩散动力学曲线进一步证明,高岭土原位晶化后Y分子筛在一定条件下更容易影响烃类分子在反应过程中的扩散和反应性能。相同条件下,苯在四种分子筛上的饱和吸附量和扩散系数均高于对二甲苯。研究了苯和噻吩在NaY-Beta、CeY-Beta和CuY-Beta复合分子筛上的吸附、扩散和脱附。首先用二次交换二次焙烧的离子交换方法对NaY-Beta分子筛进行改性。吡啶红外表征表明,CeY-Beta分子筛具有强B酸和强L酸,CuY-Beta分子筛具有中强B酸和强L酸,NaY-Beta则具有弱B酸和弱L酸;吸附等温线表明,噻吩和苯在三种分子筛上均属于Langmuir吸附,噻吩的饱和吸附量均高于苯;结合FR谱图和程序升温脱附曲线,证明苯和噻吩在三种分子筛上的吸附机理不同。苯与分子筛是弱的作用力且以π键络合为主,低温下以物理吸附为主,高温下还有弱的化学吸附,吸附剂的酸量及酸强度对苯的吸附量影响不大;噻吩在NaY-Beta分子筛上是弱的作用力且主要是π电子作用,而噻吩在Ce Y-Beta和Cu Y-Beta分子筛上作用力强且存在S-M和π络合作用,以及与强B酸中心催化作用下发生的复杂化学反应,以化学吸附为主,温度对饱和吸附量影响不大。吸附热大小与脱附峰温度范围的高低顺序一致。同种条件下相对扩散系数顺序为:苯噻吩。研究了正辛烷在NaY、H-Beta和NaY-Beta复合分子筛,以及NaY和H-Beta机械混合分子筛(质量比1:1,简写M-NaY-HBeta)上的吸附、脱附和扩散。结果表明,正辛烷在四种分子筛上的吸附等温线均符合Langmuir I型,饱和吸附量由大到小顺序:NaYM-NaY-HBetaH-Beta≈NaY-Beta。FR谱图分析表明,在333 K、79.99~133.32Pa时,正辛烷在四种分子筛上的传质过程为吸附过程,低频吸附为正辛烷分子与弱L酸作用,高频吸附为孔填充等弱的作用力,此外,在NaY-Beta和M-NaY-HBeta分子筛上还检测到分子重排引起的中频吸附过程,响应强度值由大到小的顺序与饱和吸附量顺序一致;大于399.97 Pa时,扩散过程是主要的传质速控步骤。在303~573 K的温度范围内,正辛烷在四种分子筛上几乎完全脱附,表现为比较弱的作用力。低温多级孔道内分子重排阻碍了分子扩散,当温度高于333 K,多级孔分子筛显示出较优的扩散性能。
【学位授予单位】:中国石油大学(华东)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TQ424.25

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