Citation: Jiawei Zhong, Jingfeng Han, Yingxu Wei, Shutao Xu, Tantan Sun, Xinwen Guo, Chunshan Song, Zhongmin Liu. Enhancing ethylene selectivity in MTO reaction by incorporating metal species in the cavity of SAPO-34 catalysts[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2018, 39(11): 1821-1831. doi: 10.1016/S1872-2067(18)63141-9
通过SAPO-34分子筛笼中引入金属物种提升甲醇制烯烃反应中乙烯选择性
本文采用传统离子交换法(CIE)、模板辅助离子引入法(TⅡ)和醇相离子交换法(AIE)对SAPO-34分子筛进行金属Zn、Cu改性,利用多种表征手段对金属Zn、Cu改性SAPO-34分子筛的物理结构、化学组成、金属物种状态与分布、酸性及扩散性质等进行表征.
首先,对金属Zn、Cu改性SAPO-34分子筛的物理结构和化学组成进行分析.X射线衍射表明,相比AIE法,CIE法和TⅡ法改性基本保持SAPO-34分子筛的结晶度.X射线荧光分析表明,相比Co、Ni,金属Zn、Cu更易引入SAPO-34分子筛.N2物理吸附-脱附表明,CIE法改性能够保持SAPO-34分子筛的BET比表面积和微孔孔容.其次,考察了金属Zn、Cu改性SAPO-34分子筛中金属物种的状态.氢气-程序升温还原(H2-TPR)和X射线光电子能谱(XPS)结果表明,Zn物种主要以孤立态的Zn2+阳离子形式存在.H2-TPR、XPS、紫外-可见光谱和电子顺磁共振谱结果表明,Cu物种主要以孤立态的Cu2+阳离子以及部分CuO形式存在.继而对金属Zn、Cu改性SAPO-34分子筛中金属物种的分布进行表征.XPS表明,Zn阳离子改性的SAPO-34表层富硅、富Zn,呈类核壳结构;XPS和扫描式电镜-能量色散X射线光谱结果表明,Cu物种在Cu改性SAPO-34分子筛中均匀分布.进一步研究了金属Zn、Cu改性SAPO-34分子筛中酸性的变化.氨气-程序升温脱附和核磁共振氢谱结果表明,Zn、Cu改性SAPO-34酸性位点的酸量降低.最后,对金属Zn、Cu改性SAPO-34分子筛的扩散性质进行分析.智能重量分析表明,Zn、Cu阳离子的引入降低探针分子(乙烷、丙烷)的扩散系数,推断Zn、Cu阳离子的引入增加对MTO反应产物的扩散限制.热重表明,Zn阳离子改性SAPO-34分子筛反应初期积炭量略微增加.
综上所述,Zn阳离子改性SAPO-34催化剂表层富硅、富Zn,呈现类核壳结构.Zn阳离子的引入增加对MTO反应产物的扩散限制,而且Zn阳离子的引入促进MTO反应初始阶段的碳沉积.因此,Zn阳离子改性SAPO-34分子筛显著增加MTO反应产物的扩散限制,对分子尺寸较大的反应产物的扩散限制更为明显,从而提高MTO反应初始阶段的乙烯选择性,增大乙烯/丙烯比.
English
Enhancing ethylene selectivity in MTO reaction by incorporating metal species in the cavity of SAPO-34 catalysts
-
-
[1] S. T. Xu, Y. C. Zhi, J. F. Han, W. N. Zhang, X. Q. Wu, T. T. Sun, Y. X. Wei, Z. M. Liu, in:C. S. Song ed., Adv. Catal., Academic Press, 2017, 61, 37-122.
-
[2] P. Tian, Y. X. Wei, M. Ye, Z. M. Liu, ACS Catal., 2015, 5, 1922-1938.
-
[3] M. Khanmohammadi, Sh. Amania, A. B. Garmarudia, A. Niaei, Chin. J. Catal., 2016, 37, 325-339.
-
[4] Y. Zhou, L. Qi, Y. X. Wei, C. Y. Yuan, M. Z. Zhang, Z. M. Liu, Chin. J. Catal., 2016, 37, 1496-1501.
-
[5] S. Ren, G. J. Liu, X. Wu, X. Q. Chen, M. H. Wu, G. F. Zeng, Z. Y. Liu, Y. H. Sun, Chin. J. Catal., 2017, 38, 123-130.
-
[6] X. B. Zhao, Y. Hong, L. Y. Wang, D. Fan, N. N. Yan, X. N. Liu, P. Tian, X. W. Guo, Z. M. Liu, Chin. J. Catal., 2018, 39, 1418-1426.
-
[7] P. F. Wu, M. Yang, W. N. Zhang, S. Zeng, M. B. Gao, S. T. Xu, P. Tian, Z. M. Liu, Chin. J. Catal., 2018, 39, 1511-1519.
-
[8] Y. Y. Qiao, P. F. Wu, X. Xiang, M. Yang, Q. Y. Wang, P. Tian, Z. M. Liu, Chin. J. Catal., 2017, 38, 574-582
-
[9] J. W. Zhong, J. F. Han, Y. X. Wei, P. Tian, X. W. Guo, C. S. Song, Z. M. Liu, Catal. Sci. Technol., 2017, 7, 4905-4923
-
[10] N. Nesterenko, J. Aguilhon, P. Bodart, D. Minoux, J. P. Dath, in:L. M. Kustov ed., Zeolites and Zeolite-Like Materials, Elsevier, 2016, 189-263.
-
[11] B. P. C. Hereijgers, F. Bleken, M. H. Nilsen, S. Svelle, K. P. Lillerud, M. Bjorgen, B. M. Weckhuysen, U. Olsbye, J. Catal., 2009, 264, 77-87.
-
[12] A. Z. Varzaneh, J. Towfighi, S. Sahebdelfar, Microporous Mesoporous Mater., 2016, 236, 1-12.
-
[13] A. Amoozegar, M. Haghighi, S. Aghamohammadi, RSC Adv., 2016, 6, 51024-51036.
-
[14] E. Aghaei, M. Haghighi, Z. Pazhohniya, S. Aghamohammadi, Microporous Mesoporous Mater., 2016, 226, 331-343
-
[15] M. Salmasi, S. Fatemi, A. T. Najafabadi, J. Ind. Eng. Chem., 2011, 17, 755-761.
-
[16] L. Xu, Z. M. Liu, A. P. Du, Y. X. Wei, Z. G. Sun, Stud. Surf. Sci. Catal., 2004, 147, 445-450.
-
[17] M. A. Djieugoue, A. M. Prakash, L. Kevan, J. Phys. Chem. B, 2000, 104, 6452-6461.
-
[18] Z. D. Zhu, M. Hartmann, L. Kevan, Chem. Mater., 2000, 12, 2781-2787.
-
[19] S. J. Kim, J. W. Park, K. Y. Lee, G. Seo, M. K. Song, S. Y. Jeong, J. Nanosci. Nanotechnol., 2010, 10, 147-157.
-
[20] J. W. Zhong, J. F. Han, Y. X. Wei, S. T. Xu, Y. L. He, Y. J. Zheng, M. Ye, X. W. Guo, C. S. Song, Z. M. Liu, Chem. Commun., 2018, 54, 3146-3149.
-
[21] J. W. Zhong, Y. X. Wei, S. T. Xu, T. T. Sun, X. W. Guo, C. S. Song, Z. M. Liu, J. Energy Chem., 2018, DOI 10.1016/j.jechem.2018.07.017.
-
[22] X. Xiang, M. Yang, B. B. Gao, Y. Y. Qiao, P. Tian, S. T. Xu, Z. M. Liu, RSC Adv., 2016, 6, 12544-12552.
-
[23] M. Hong, S. G. Li, H. F. Funke, J. L. Falconer, R. D. Noble, Microporous Mesoporous Mater., 2007, 106, 140-146.
-
[24] J. Wang, Y. Huang, T. Yu, S. C. Zhu, M. Q. Shen, W. Li, J. Q. Wang, Catal. Sci. Technol., 2014, 4, 3004-3012.
-
[25] M. Guisnet, L. Costa, F. R. Ribeiro, J. Mol. Catal. A, 2009, 305, 69-83.
-
[26] N. H. N. Kamarudin, A. A. Jalil, S. Triwahyono, R. R. Mukti, M. A. A. Aziz, H. D. Setiabudi, M. N. M. Muhid, H. Hamdan, Appl. Catal. A, 2012, 431-432, 104-112.
-
[27] L. Wang, J. R. Gaudet, W. Li, D. Weng, J. Catal., 2013, 306, 68-77.
-
[28] S. K. Fan, J. J. Xue, T. Yu, D. Q. Fan, T. Hao, M. Q. Shen, W. Li, Catal. Sci. Technol., 2013, 3, 2357-2364.
-
[29] T. T. H. Dang, H. L. Zubowa, U. Bentrup, M. Richter, A. Martin, Microporous Mesoporous Mater., 2009, 123, 209-220.
-
[30] E. D. Garbowski, C. Mirodatos, J. Phys. Chem., 1982, 86, 97-102.
-
[31] C. Song, X. J. Li, X. X. Zhu, S. L. Liu, F. C. Chen, F. Liu, L. Y. Xu, Appl. Catal. A, 2016, 519, 48-55.
-
[32] X. J. Niu, J. Gao, Q. Miao, M. Dong, G. F. Wang, W. B. Fan, Z. F. Qin, J. G. Wang, Microporous Mesoporous Mater., 2014, 197, 252-261.
-
[33] Y. B. Xin, P. Y. Qi, X. P. Duan, H. Q. Lin, Y. Z. Yuan, Catal. Lett., 2013, 143, 798-806.
-
[34] Y. M. Jia, J. W. Wang, K. Zhang, S. B. Liu, G. L. Chen, Y. F. Yang, C. M. Ding, P. Liu, Catal. Sci. Technol., 2017, 7, 1776-1791.
-
[35] J. A. Biscardi, G. D. Meitzner, E. Iglesia, J. Catal., 1998, 179, 192-202.
-
[36] E. M. El-Malki, R. A. Van Santen, W. M. H. Sachtler, J. Phys. Chem. B, 1999, 103, 4611-4622.
-
[37] W. K. Su, Z. G. Li, Y. Peng, J. H. Li, Phys. Chem. Chem. Phys., 2015, 17, 29142-29149.
-
[38] L. Ma, Y. S. Cheng, G. Cavataio, R. W. McCabe, L. X. Fu, J. H. Li, Chem. Eng. J., 2013, 225, 323-330.
-
[39] J. J. Xue, X. Q. Wang, G. S. Qi, J. Wang, M. Q. Shen, W. Li, J. Catal., 2013, 297, 56-64.
-
[40] Y. J. Kim, J. K. Lee, K. M. Min, S. B. Hong, I. S. Nam, B. K. Cho, J. Catal., 2014, 311, 447-457.
-
[41] F. Gao, E. D. Walter, M. Kollar, Y. L. Wang, J. Szanyi, C. H. F. Peden, J. Catal., 2014, 319, 1-14.
-
[42] A. A. Gabrienko, S. S. Arzumanov, A. V. Toktarev, I. G. Danilova, I. P. Prosvirin, V. V. Kriventsov, V. I. Zaikovskii, D. Freude, A. G. Stepanov, ACS Catal., 2017, 7, 1818-1830.
-
[43] S. Tamiyakul, W. Ubolcharoen, D. N. Tungasmita, S. Jongpatiwut, Catal. Today, 2015, 256, 325-335.
-
[44] R. A. Hunsicker, K. Klier, T. S. Gaffney, J. G. Kirner, Chem. Mater., 2002, 14, 4807-4811.
-
[45] P. N. R. Vennestrøm, A. Katerinopoulou, R. R. Tiruvalam, A. Kustov, P. G. Moses, P. Concepcion, A. Corma, ACS Catal., 2013, 3, 2158-2161.
-
[46] P. Tian, B. Li, S. T. Xu, X. Su, D. H. Wang, L. Zhang, D. Fan, Y. Qi, Z. M. Liu, J. Phys. Chem. C, 2013, 117, 4048-4056.
-
[47] Y. Y. Qiao, M. Yang, B. B. Gao, L. Y. Wang, P. Tian, S. T. Xu, Z. M. Liu, Chem. Commun., 2016, 52, 5718-5721.
-
[48] W. L. Dai, M. Scheibe, L. D. Li, N. J. Guan, M. Hunger, J. Phys. Chem. C, 2012, 116, 2469-2476.
-
[49] D. Chen, K. Moljord, A. Holmen, Microporous Mesoporous Mater., 2012, 164, 239-250.
-
[50] X. J. Li, X. H. Liu, S. L. Liu, S. J. Xie, X. X. Zhu, F. C. Chen, L. Y. Xu, RSC Adv., 2013, 3, 16549-16557.
-
[51] J. J. Zheng, Q. H. Zeng, Y. Y. Zhang, Y. Wang, J. H. Ma, X. W. Zhang, W. F. Sun, R. F. Li, Chem. Mater., 2010, 22, 6065-6074.
-
-
扫一扫看文章
计量
- PDF下载量: 19
- 文章访问数: 2012
- HTML全文浏览量: 253

下载: