ZSM-5/多级孔道硅胶类复合材料的结构设计与大分子催化裂化反应机理研究

当前重油裂化催化剂所用分子筛的孔径较小，在1nm以下，结焦严重，造成石油资源的极大浪费。本课题组的前期研究发现，大孔孔径约8μm的多级孔道硅胶，负载ZSM-5后的复合材料对大分子1,3,5-三异丙基苯的裂化活性极高，产物中有重排的对二甲苯生成、而缩合产物极少，是一种性能极好的大分子裂化催化材料。目前对于这种具有独特大孔结构材料的研究很少，在其上进行的催化反应机理的研究尚未见报道。本项目拟采用不同的合成和后处理方法，对其孔道结构、所组装分子筛的结晶状态、酸性种类、酸强度和分布等结构参数进行调变，并用XRD、高分辨电镜、BET、氨吸附、IR和微反等手段进行表征，用微反进行纯烃和重油的裂化性能进行可控研究，并与普通微孔分子筛中的裂化反应进行对比，从微观上探讨在这种材料孔中不同催化活性位上高催化活性和低焦炭产率的独特反应机理，为高活性、低焦炭的新型重油裂化催化剂的结构设计提供科学依据。

本课题组通过三年的探索和研究，按照计划全面完成了该项基金课题。首先，采用不同的合成和后处理方法，合成了具有相互联通的微米级大孔结构和较好机械强度的多级孔道硅胶及硅铝材料，并以其为载体成功制备了多级孔道ZSM-5、MFI、AlPO4-5等分子筛复合材料，采用多种表征手段(XRD、IR、SEM、N2吸附-脱附等)对复合分子筛的结构进行表征，并提出其形成过程是以液晶模板机理进行的。实验结果表明，该复合分子筛对大分子1,3,5-三异丙基苯的裂化活性极高，提出1,3,5-三异丙基苯分子是以正碳离子机理进行裂化的。其次，利用特殊的合成方法在多级孔道硅铝凝胶材料上负载了多种金属组分，并考察了负载金属组分对其孔道结构的影响，研究开发出可应用于催化领域具有大孔结构、合成可控的新型材料。第三，合成了不同大孔孔径的ZSM-5/多级孔道硅胶和硅酸铝催化材料，通过改变反应条件对多级孔道硅酸铝材料大孔孔径进行了调控，并提出ZSM-5/大孔孔径多级孔道硅酸铝复合材料的生成机理。研究表明，所合成的具有微米级大孔的多级孔道复合材料以高催化活性的分子筛微孔作为反应场所，载体的大孔作为反应物分子输运通道，将二者优点结合有利于解决微孔分子筛催化时普遍存在的传质受阻、催化裂化活性低及易产生积碳的问题，为高活性、低焦炭的新型重油裂化催化剂的结构设计提供科学依据，在大分子催化与吸附方面将具有潜在的应用前景。 . 相关工作已申请国内专利4份，发表SCI收录论文16篇，另有部分论文即将发表。培养硕士研究生4名，博士研究生7名。