化學新型綠色催化劑——分子篩催化劑

1、化學化工前沿講座結(jié)課論文化學新型綠色催化劑分子篩催化劑【摘要】 對微孔分子篩催化劑，介孔分子篩催化劑，復合分子篩催化劑進行了 介紹，并簡述其當今的研究現(xiàn)狀和應(yīng)用。 最后，筆者簡要分析了分子篩催化劑的 綠色化特點。【關(guān)鍵詞】 分子篩催化劑；復合；研究與應(yīng)用；綠色化學New Green Chemical Catalysts21化學化工前沿講座結(jié)課論文2#化學化工前沿講座結(jié)課論文Molecular Sieveased Catalysts2#化學化工前沿講座結(jié)課論文2#化學化工前沿講座結(jié)課論文Abstract The microporous catalysts,mesoporous catalysts

2、 and the composite molecular sieve catalysts are in troduced in the passage.A nd the curre nt research status and application of those catalysts are also briefly introduced. At last, the author an alyses the gree ning characteristics of molecular sieve based catalysts.Key words molecular sieve based

3、 catalysts, composite, an alysis an dapplicati on, gree n chemistry前言在學習化學化工前沿知識講座的基礎(chǔ)上，針對我要選擇的應(yīng)用化學的專業(yè)方向一一精細化工，通過查閱資料等，對新型綠色催化劑一一分子篩，進行了初步的研究。為擴展自 己的專業(yè)知識面，以及對大學即將進行的研究（科訊二、畢設(shè)），做好資料上的充分準備。1 分子篩催化劑（ molecular sieve based catalysts分子篩，是具有均一微孔結(jié)構(gòu)而能將不同大小分子分離或選擇性反應(yīng)的固體吸附劑或催 化劑。是一種結(jié)晶型的硅鋁酸鹽，有天然和合成兩種，其組成Si02與Al

4、 2O3之比不同，商品有不同的型號。在化學工業(yè)、石油工業(yè)及其他部門，分子篩廣泛應(yīng)用于氣體和液體的干燥、 脫水、凈化、分離、回收及催化裂化等石油加工過程的反應(yīng)。分子篩使用后可以再生。分子篩催化劑，又稱沸石分子篩催化劑， 系指以分子篩為催化劑活性組分或主要活性組 分之一的催化劑。分子篩具有離子交換性能、均一的分子大小的孔道、酸催化活性，并有良 好的熱穩(wěn)定性和水熱穩(wěn)定性，可制成對許多反應(yīng)有高活性、高選擇性的催化劑。而分子篩催化劑引起化學工作者的研究熱情的原因之一，在于和老式催化劑（如AICL催化劑）相比，分子篩催化劑本身無毒、 無害，反應(yīng)產(chǎn)物容易分離， 選擇性好，催化活性高， 而且大大提高生產(chǎn)效率，

5、降低設(shè)備投資成本，降低原材料消耗，從而提高產(chǎn)量和質(zhì)量，而且。廢催化劑對環(huán)境是友好的，不會產(chǎn)生污染?？偠灾?，分子篩催化劑是一種“綠色催化劑” 表1給出異丙苯生產(chǎn)的 AlCl 3催化工藝與分子篩催化工藝的“三廢”排放情況表1三氯化鋁和分子篩催化劑工藝生產(chǎn)異丙苯“三廢”排放對照22化學化工前沿講座結(jié)課論文“三廢”排放量和產(chǎn) 量AlCl 3工藝分子篩工藝異丙本產(chǎn)量（10 t/a）6.78.5污水量（t/h）9.60稀鹽酸（kg/h）9.00廢氣（kg/h）2114廢渣（kg/h）126AI(OH) 34.6（廢催化劑）2 復合分子篩催化劑（ composite molecular sieve cat

6、alysts2.1微孔分子篩簡介及其缺陷微孔分子篩具有均勻發(fā)達的微孔結(jié)構(gòu)、酸性強和水熱穩(wěn)定性好的特點。但由于其孔徑較小，一方面大分子進入孔道困難，另一方面在其孔腔內(nèi)吸附后形成的大分子擴散阻力較大， 不能快速逸出，從而大大限制了其在大分子催化轉(zhuǎn)化中的應(yīng)用。2.2介孔分子篩的研究歷程及其缺陷1992年，Mobil公司首次報道合成了 M41S系列介孔分子篩。1995年，HMS和MSU 系列介孔分子篩的成功合成，為介孔分子篩家族再添新丁。1998年，Zhaw等首次在酸性條件下，以雙親非離子高分子表面活性劑三嵌段共聚物P123為模板劑合成 SBA-15介孔分子篩，具有大孔道結(jié)構(gòu)和高傳質(zhì)性等優(yōu)點。介孔分子

7、篩與傳統(tǒng)的微孔分子篩相比，水熱穩(wěn)定性相對不足，而具有可調(diào)酸性、高水熱穩(wěn)定性的微孔分子篩由于其孔道狹窄，較差的傳質(zhì)和擴散性能，限制了它在大分子催化反應(yīng)中的應(yīng)用。2.3復合分子篩由于微孔分子篩和介孔分子篩都有其利弊，所以，復合分子篩由于其良好的烴類轉(zhuǎn)化性能漸漸受到了人們的普遍關(guān)注。微孔/介孔復合分子篩即具有微孔分子篩的酸催化作用，又擁有介孔分子篩的良好的傳質(zhì)擴散特性，在復雜組分的反應(yīng)中顯示出比相應(yīng)微孔分子篩更優(yōu)異的催化反應(yīng)性能5。1996年Kloetasra等6報道了 MCM-41/FAU復合分子篩的制備，之后Karlsson等用十六烷基三甲基溴化銨和十四烷基三甲基溴化銨雙模板兩步晶化原位合成了具

8、有微孔-介孔結(jié)構(gòu)的復合分子篩。此外相關(guān)的報道還有通過將微孔沸石納米簇植入介孔硅鋁酸鹽主體中制備 高度有序的微孔-介孔復合材料等8，以上幾種方法基本質(zhì)均為合成具有微孔次級單元的介 孔分子篩。3分子篩催化劑在化工行業(yè)的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用舉例3.1微孔/介孔復合分子篩的合成及其對C02的吸附性能全球氣候變化的加劇，使人們對 CO2等溫室氣體的排放控制提出了更高的要求。由于 我國能源主要依賴于煤炭， CO2排放量大，控制CO2的排放是我國實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略急需 解決的問題。沸石分子篩以其規(guī)整的孔結(jié)構(gòu)和較大的孔體積以及特有的酸堿中心位和高熱穩(wěn)定性（500 C）而在CO2吸附劑領(lǐng)域受到重視。在分子篩的應(yīng)用上，

9、為了克服微孔分子篩和介 孔分子篩的局限性， 使二者優(yōu)勢互補，合成出了既具有均勻可調(diào)的介孔，孔壁又具有晶化微孔結(jié)構(gòu)的新型復合分子篩。這種新型的多級孔復合分子篩既具有像分子篩般很高的CO2吸附容量和熱穩(wěn)定性，又可以像介孔材料那樣為分子提供快速擴散和傳質(zhì)通道，是極具潛力的吸附分離新材料9。3.2分子篩在汽油降烯烴性能方面的研究冀德坤等對 MCM-22/MCM-41與ZSM-5/MCM-41復合分子篩汽油降烯烴性能進行了對 比分析。研究結(jié)果表明：ZSM-5/MCM-41 復合分子篩具有較高的異構(gòu)化反應(yīng)活性；MCM-22/MCM-41復合分子篩表現(xiàn)出較高的芳烴化反應(yīng)活性和最高的降烯烴活性，可使汽油中的烯

10、烴含量降低 84.34%。MCM-22/MCM-41復合分子篩對原料的低碳數(shù)烯烴具有更高 的反應(yīng)活性，同時更易生成碳數(shù)相對較低的芳烴和異構(gòu)烴反應(yīng)產(chǎn)物，使液相產(chǎn)物呈現(xiàn)相對輕質(zhì)化的趨勢。3.3分子篩的加氫脫硫性能研究趙瑞玉等10研究復合分子篩的脫硫性能，得出結(jié)論：催化劑載體中加入介孔-微孔復合分子篩 M B后，催化4,6-DMDBT HDS反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和脫硫率均顯著提高; Ni-Mo-W-P/M 3-Al 2O3催化劑載體中M 3分子篩硅/鋁摩爾比的降低和含量的增加均有利于催化4,6-DMDBTHDS反應(yīng)的進行和氫解路徑比例的增大。后記由分子篩催化劑，尤其復合分子篩催化劑的研究歷程來看，它是一種2

11、0世紀興起的前沿新型催化劑。除了熱穩(wěn)定性，高選擇性，高活性等特點，分子篩催化劑的品牌是它的“綠 色化”。相信，在當今科研水平日臻成熟的條件下，分子篩催化劑終究會取代老式催化劑， 引領(lǐng)“綠色化學”理念，在催化方向，開拓一片新天地。參考文獻1 潘樂綠色催化劑的應(yīng)用及進展J.黃山學院學報,2005,6.2 郝萬晨，.色催化劑淺釋J.寧夏石油化工，2003,2.3 張宇等.微孔-中孔復合分子篩的合成研究進展J.化工科技,2010,18(3).4 周升等.用富含介孔的硅基材料合成微孔-介孔復合分子篩J.日用化學工業(yè),2010,4.冀德坤等.MCM-22/MCM-41與ZSM-5/MCM-41復合分子篩汽

12、油降烯烴性能的對比分析.中國石油大學學報(自然科學版),2010,34.6 KLOETASRA K R, ZANDBERGEN H W, JANSEN J C, et al. Overgrowth of mesoprousMCM-41 on faujasite J . MicroporousMaterials, 1996, 6 ：187 - 293.7 KARLSSON A, STOCKER M, SCHMIDT R. Composites of micro and mesoporous materials:simulta neous syn theses of MFI/MCM-41 like phases by a mixed template approach J . Micropor and Mesopor Mater, 1999, 27 (2 /3) : 181 - 192.8 LIU Y , ZHANG W, PINNA VAIA T J. Steam - stable MSU - Salumi no silicate mesostructu