课程报告
课程名称工业催化
专业化学工程与技术学号201610151529 姓名黄玲
沸石分子筛催化剂的研究与进展
摘要：本文主要介绍了沸石分子筛催化剂的结构、工业应用及发展前景,并对新型沸石分子筛催化剂的研究作了简要介绍.
关键词：沸石分子筛；催化剂；工业应用
第一章概述
1.1分子筛
分子筛是一种包含有精确和单一的微小孔洞的材料,可用于吸附气体或液体.最初的分子筛是天然沸石,即Si和A1组成的品体化合物.足够小的分子可以通过孔道被吸附,而更大的分子则不能.同时,分子筛也是一种多功能的催化剂,对反应原料和产物有筛分作用,已广泛用于石油化工和精细化上生产中.
1.2沸石分子筛的结构
沸石分子筛是一族结晶性硅铝酸盐的总称[1].沸石最基本的结构是由(SiO
)四面
4 )四面体.相邻的四面体由氧桥连结成环,环有大有小,按成环的氧原子体和(AlO
4
数划分,有四元氧环,五元氧环,六元氧环,八元氧环,十元氧环和十二元氧环;环是分子筛的通道孔口,对通过的分子筛起筛分作用.氧环通过氧桥相互连结,形成具有三维空间的多面体.多面体有中空的笼,笼是分子筛结构的重要特征.空洞中
)四面体的负电荷,利用加热或含有结晶水和阳离子,这些阳离子用来中和(AlO
4
减压的办法,可以比较容易地脱除一部分或全部结晶水.不同结构的笼再通过氧桥互相连接形成各种不同结构的分子筛.
1.3沸石分子筛的催化机理
沸石分子筛在各种不同的酸性催化反应中,能够提供很高的活性和不寻常的选择性,且绝大多数反应是由分子筛的酸性引起的,酸度及其酸强度分布是分子筛的重要参数.研究表明,分子筛中B酸来源于骨架四面体铝,而L酸主要来源于非骨架六面体铝, 所以分子筛Al的含量及其分布与分子筛的表面酸性物质密切相关,故可采用分子筛的脱铝和补铝等二次水热处理,得到理想的硅铝比的分子筛.此外,分子筛的酸性还受取代金属离子影响,由于多价金属离子的水解作用,导致催化剂表面酸中心重新分布. 此外,在 1960 年首次提出了择形催化的概念,即催化反应的选择性取决于分子与孔径的相应大小,尤其对于中孔沸石.
第二章沸石分子筛催化剂的应用
2.1石油化工中的应用
2.1.1催化裂化(FCC)
用掺杂了铈和镧的Y型分子筛可将重油转化成中等的馏分及高辛烷值汽油[2].由我国石油化工科学研究院研发成功ZRP-1择形分子筛含有稀土元素和磷元素,在苛刻水热条件处理时,具有良好的结构稳定性,又具有特别优异的水热活性稳定性,在催化裂解等烃类转化技术中也显示出良好的择形催化性能.
2.1.2加氢裂化
这是一个“环境友好”过程.含Pt或Pd的SAPO-11和SAPO-41催化剂可以使重油同时进行加氢裂化和异构化反应，从而降低油品的粘度和倾点，得到具有较好流动性的油品.
2.2精细有机合成中的应用
2.2.1 烷基化反应
由长链烯烃和苯进行烷基化反应,一般分子筛催化剂对于芳烃烷基化反应均有较高的活性,但其产物的选择性较差,催化剂的稳定性不高，容易结焦失活,通过对分子筛进行改性处理可以改善其催化性能.由萘直接烷基化制备合成 2,6-二甲基萘是最合理的技术路线，但二烷基萘的异构体有10个，其物化性能很相近，以Zn改性的β分子筛催化剂达到了择形烷基化的效果[3].
2.2.2 氧化反应
钛硅沸石最重要的功能是对于有机物有优异的选择氧化性能(以H
2O
2
为氧化
剂),并且不会产生过度氧化现象.该类反应对H
2O
2
浓度要求不高,反应条件温和,
主产物收率高,反应几乎以化学计量关系进行,可用于饱和烃的氧化.
2.3其他
在洗涤剂中,它用于取代磷酸盐.它还用作吸附剂,用于物料的净化和分离.在环境保护方面,它用于燃料气的SCR工艺.另外,5A分子筛负载纳米镍铈粒子在气相中的苯加氢反应,分子筛催化乙醇脱水制乙醚,ZSM-5分子筛催化合成乙撑胺和哌嗪均有报道。
第三章发展前景及新型沸石分子筛催化剂的研究
3.1 发展前景
进入21世纪以来,石油化工的发展面临资源短缺的巨大挑战,采用新工艺、新技术、新材料,追求石油化工过程的节能降耗已经成为石油化工发展的必然趋势，同时开发以煤炭、天然气、生物质原料制备石油化工产品的新工艺以解决资源短缺问题是近年来的研究热点.另外,清洁生产、环保与温室气体减排与转化也是当今国家关注的重点.面对这些国家、行业和市场的发展需求,分子筛催化面临着如何进一步提高催化剂性能与效率、催化剂设计与制备是否达到可控、如何进一步提高合成经济性、分子筛的催化新应用等诸多问题和挑战。国内外分子筛研究者也正围绕这些问题和难点在努力探索和研究。
3.2 新型沸石分子筛的研究
沸石分子筛是酸碱反应中的重要催化剂.随着我国石油化工的迅速发展，要求我们尽快合成出新型的沸石分子筛。近期，有资料报道，在合成ALPO
系列分子
4
筛时，得到了新型沸石。
参考文献
[1]田红丽,刘荣杰.沸石分子筛催化剂及其应用[J].广东化工,2013,17(40):259
[2]王尚弟,孙俊全.催化剂工程导论[M].北京:化学工业出版社,2001.
[3]李淑勋,袁兴东,亓玉台等.β分子筛催化剂催化合成2,6-二甲基萘[J].石油化工,2002,31(10):811-814．
