Citation: Jiawei Zhong, Jingfeng Han, Yingxu Wei, Shutao Xu, Tantan Sun, Shu Zeng, Xinwen Guo, Chunshan Song, Zhongmin Liu. Tuning the product selectivity of SAPO-18 catalysts in MTO reaction via cavity modification[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2019, 40(4): 477-485. doi: S1872-2067(19)63281-X
修饰SAPO-18分子筛的笼结构以调变甲醇制烯烃反应的产物选择性
本文采用离子交换法对SAPO-18分子筛进行金属Zn改性,修饰SAPO-18分子筛的笼结构.利用多种手段对Zn改性SAPO-18分子筛的物理结构、金属物种状态及分布、酸性、扩散性质等进行表征,对积碳物种的种类、积炭量等进行分析,从而关联SAPO-18分子筛笼结构的修饰与MTO反应产物选择性的关系.
首先,我们对Zn改性SAPO-18分子筛的物理结构进行分析.X射线衍射表明,所采用的SAPO-18为不含杂晶的纯相分子筛.N2物理吸附-脱附表明,离子交换法法保持SAPO-18分子筛比表面积和孔体积.其次,我们考察了Zn改性SAPO-18分子筛中金属物种的状态及分布.X射线光电子能谱(XPS)表明,Zn物种主要以孤立态的Zn2+阳离子形式存在.XPS和X射线荧光结合表明,Zn阳离子改性SAPO-18分子筛表层富Si富Zn,呈类核壳结构.氨气-程序升温脱附与核磁共振氢谱结合表明,Zn改性SAPO-18分子筛酸性位点的酸量降低.继而对Zn改性SAPO-18分子筛的扩散性质进行分析.色谱法和智能重量分析表明,Zn阳离子的引入增加探针分子的扩散限制,从而推断增加MTO反应产物的扩散限制.色质谱联用表明,Zn阳离子的引入促进低甲基苯的生成,利于乙烯产物的生成;同时促进双环芳烃的形成,增加MTO反应产物的扩散限制.热重表明,Zn阳离子改性SAPO-18分子筛以更低的积炭量达到同样的MTO反应催化效果,符合碳原子经济性.
Zn阳离子改性有效修饰SAPO-18分子筛的笼结构,表层富Si和Zn,呈现类核壳结构,增加了对MTO反应产物的扩散限制,尤其对分子尺寸较大的反应产物,从而调变MTO反应选择性.因此,Zn阳离子改性有效修饰了SAPO-18分子筛的笼结构,增加乙烯选择性和乙烯/丙烯比,将产物分布以丙烯为主调变为乙烯和丙烯选择性相近.
English
Tuning the product selectivity of SAPO-18 catalysts in MTO reaction via cavity modification
-
Key words:
- SAPO-18
- / Methanol to olefin
- / Cavity modification
- / Product selectivity
-
-
[1] P. Tian, Y. X. Wei, M. Ye, Z. M. Liu, ACS Catal., 2015, 5, 1922-1938.
-
[2] S. T. Xu, Y. C. Zhi, J. F. Han, W. N. Zhang, X. Q. Wu, T. T. Sun, Y. X. Wei, Z. M. Liu, Adv. Catal., 2017, 61, 37-122.
-
[3] K. Khanmohammadi, S. Amani, A. B. Garmarudi, A. Niaei, Chin. J. Catal., 2016, 37, 325-339.
-
[4] 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.
-
[5] 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.
-
[6] 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.
-
[7] Y. Zhou, L. Qi, Y. X. Wei, C. Y. Yuan, M. Z. Zhang, Z. M. Liu, Chin. J. Catal., 2016, 37, 1496-1501.
-
[8] U. Olsbye, S. Svelle, K. P. Lillerud, Z. H. Wei, Y. Y. Chen, J. F. Li, J. G. Wang, W. B. Fan, Chem. Soc. Rev., 2015, 44, 7155-7176.
-
[9] J. F. Haw, W. G. Song, D. M. Marcus, J. B. Nicholas, Acc. Chem. Res., 2003, 36, 317-326.
-
[10] I. Yarulina, A. D. Chowdhury, F. Meirer, B. M. Weckhuysen, J. Gascon, Nat. Catal., 2018, 1, 398-411.
-
[11] U. Olsbye, S. Svelle, M. Bjorgen, P. Beato, T. V. W. Janssens, F. Joensen, S. Bordiga, K. P. Lillerud, Angew. Chem. Int. Ed., 2012, 51, 5810-5831.
-
[12] J. R. Chen, J. Z. Li, Y. X. Wei, C. Y. Yuan, B. Li, S. T. Xu, Y. Zhou, J. B. Wang, M. Z. Zhang, Z. M. Liu, Catal. Commun., 2014, 46, 36-40.
-
[13] J. Z. Li, Y. X. Wei, J. R. Chen, S. T. Xu, P. Tian, X. Yang, B. Li, J. B. Wang, Z. M. Liu, ACS Catal., 2015, 5, 661-665.
-
[14] R. Martínez-Franco, Z. B. Li, J. Martinez-Triguero, M. Moliner, A. Corma, Catal. Sci. Technol., 2016, 6, 2796-2806.
-
[15] R. Wendelbo, D. Akporiaye, A. Andersen, I. M. Dahl, H. B. Mostad, Appl. Catal. A, 1996, 142, L197-L207.
-
[16] K. Ono, K. Miyake, M. Nakai, H. Al Jabri, Y. Hirota, Y. Uchida, S. Tanaka, M. Miyamoto, N. Nishiyama, Catal. Sci. Technol., 2017, 7, 4622-4628.
-
[17] R. L. Smith, S. Svelle, P. del Campo, T. Fuglerud, B. Arstad, A. Lind, S. Chavan, M. P. Attfield, D. Akporiaye, M. W. Anderson, Appl. Catal. A, 2015, 505, 1-7.
-
[18] Z. Q. Xu, J. W. Li, W. X. Qian, H. F. Ma, H. T. Zhang, W. Y. Ying, RSC Adv., 2017, 7, 54866-54875.
-
[19] 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.
-
[20] J. W. Zhong, J. F. Han, 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.
-
[21] J. W. Zhong, J. F. Han, Y. X. Wei, S. T. Xu, T. T. Sun, X. W. Guo, C. S. Song, Z. M. Liu, Chin. J. Catal., 2018, 39, 1821-1831.
-
[22] M. Nazari, G. Moradi, R. M. Behbahani, M. Ghavipour, J. Nat. Gas Sci. Eng., 2016, 29, 337-344.
-
[23] M. Nazari, G. Moradi, R. M. Behbahani, M. Ghavipour, S. Abdollahi, Catal. Lett., 2015, 145, 1893-1903.
-
[24] J. F. Haw, J. B. Nicholas, W. G. Song, F. Deng, Z. K. Wang, T. Xu, C. S. Heneghan, J. Am. Chem. Soc., 2000, 122, 4763-4775.
-
[25] 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.
-
[26] 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.
-
[27] S. Tamiyakul, W. Ubolcharoen, D. N. Tungasmita, S. Jongpatiwut, Catal. Today, 2015, 256, 325-335.
-
[28] 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.
-
[29] 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.
-
[30] R. A. Hunsicker, K. Klier, T. S. Gaffney, J. G. Kirner, Chem. Mater., 2002, 14, 4807-4811.
-
[31] P. Tian, B. Li, S.T. Xu, X. Su, D. H. Wang, L. Zhang, D. Fan, Y. Qi, Z. M. Liu, J. Phy. Chem. C, 2013, 117, 4048-4056.
-
[32] G. Y. Liu, P. Tian, Y. Zhang, J. Z. Li, L. Xu, S. H. Meng, Z. M. Liu, Mi-croporous Mesoporous Mater., 2008, 114, 416-423.
-
[33] D. R. Dubois, D. L. Obrzut, J. Liu, J. Thundimadathil, P. M. Ad-ekkanattu, J. A. Guin, A. Punnoose, M. S. Seehra, Fuel Process Technol., 2003, 83, 203-218.
-
[34] W. L. Dai, M. Scheibe, L. D. Li, N. J. Guan, M. Hunger, J. Phy. Chem. C, 2012, 116, 2469-2476.
-
[35] J. R. Chen, J. Z. Li, C. Y. Yuan, S. T. Xu, Y. X. Wei, Q. Y. Wang, Y. Zhou, J. B. Wang, M. Z. Zhang, Y. L. He, S. L. Xu, Z. M. Liu, Catal. Sci.Technol., 2014, 4, 3268-3277.
-
[36] D. Chen, K. Moljord, A. Holmen, Microporous Mesoporous Ma-ter., 2012, 164, 239-250.
-
[37] 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.
-
[38] D. H. Olson, M. A. Camblor, L. A. Villaescusa, G. H. Kuehl, Mi-croporous Mesoporous Mater., 2004, 67, 27-33.
-
[39] 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.
-
[40] W. G. Song, H. Fu, J. F. Haw, J. Am. Chem. Soc., 2001, 123, 4749-4754.
-
[41] W. G. Song, H. Fu, J. F. Haw, J. Phy. Chem. B, 2001, 105, 12839-12843.
-
[42] Y. X. Wei, C. Y. Yuan, J. Z. Li, S. T. Xu, Y. Zhou, J. R. Chen, Q. Y. Wang, L. Xu, Y. Qi, Q. Zhang, Z. M. Liu, ChemSusChem, 2012, 5, 906-912.
-
-
扫一扫看文章
计量
- PDF下载量: 9
- 文章访问数: 1477
- HTML全文浏览量: 103

下载: