碳氢燃料催化裂解用金属表面梯度介微孔分子筛膜的层层原位构建

At present, basis research on the hypersonic flight technique is a research key on the world. For scramjet cooling, hypersonic flight needs thermal rgeneration of endothermic hydrocarbon fuels. Catalytic cracking of hydrocarbon fuels is its key. Increasing the activity, selectivity and anti-coking ability of the cracking catalysts is the key basis problem. On basis of excellent pore structure, specific acidity, modifiablity of gradable meso-microporous zeolite catalyst membrane, we will in-situ fabricate the gradable meso-microporous zeolite membrane on Ni-based high temperature alloy for catalytic cracking reaction of hydrocarbon fuels. We will deeply investigate the catalytic cracking reation behavior of hydrocarbon fuels over meso-microporous zeolite catalyst membranes from point of view of application basis. From the beginning of preparation of zeolite catalyst membrane, using in-situ layer-fabrication rapid synthesis method, we will develop the gradable meso-microporous zeolite catalyst membranes on high temperature alloy. Using the test system of catlytic cracking of hydrocarbon fuels, IR, In-situ micro-calorimeter, Physical adsorption, Chemical adsorption, XRD, SEM, TEM etc., we will sdudy the relation between the cracking activity and the structure of meso-microporous zeolite catalyst membrane, reveal the nature of catalyst activity and the catalytic cracking mechanism of hydrocarbon fuels, and finish accumulation in aspect of the research of catalytic cracking of hydrocarbon fuels and meso-microporous zeolite catalyst membranes.

高超飞行器相关技术的基础研究正受到世界各大国的高度重视。吸热碳氢燃料催化裂解热管理技术是高超飞行器的关键技术之一，其所面临的首要基础问题是提高金属表面催化剂膜的活性、烯烃选择性和抗积炭能力。基于梯度介微孔分子筛膜优异的孔结构、比酸性和可修饰性等结构特性，本项目提出在金属表面层层区别原位构建梯度介微孔分子筛膜催化剂，以用于碳氢燃料催化裂解反应，从应用基础角度深入研究梯度介微孔分子筛膜催化剂上碳氢燃料的催化裂解行为。具体从膜的制备入手，结合有无第二模板二次生长合成技术，发展出层层区别原位构建快速合成法，研制出金属表面梯度介微孔分子筛膜催化剂，利用碳氢燃料催化裂解测试系统、原位红外、微量量热、物理吸附、XRD、SEM、TEM等手段研究碳氢燃料催化裂解活性和梯度介微孔分子筛膜催化剂结构的关系，揭示催化剂的活性本质和碳氢燃料催化裂解的机理，在碳氢燃料的催化裂解和介微孔分子筛催化剂膜的研究方面形成一定积累。

高超飞行器相关技术的基础研究正受到世界各大国的高度重视。吸热碳氢燃料催化裂解热管理技术是高超飞行器的关键技术之一，其所面临的首要基础问题是提高金属表面催化剂膜的活性、烯烃选择性和抗积炭能力。基于梯度介微孔分子筛膜优异的孔结构、比酸性和可修饰性等结构特性，本项目以在金属表面原位构建梯度孔分子筛膜催化剂及其在吸热碳氢燃料催化裂解反应过程应用为研究中心，在镍基高温合金和不锈钢金属表面原位构建了微孔及梯度孔分子筛膜。通过水热合成法用TPAOH等模板在细长镍基高温合金和不锈钢金属通道内表面上原位构建出了微孔、梯度介微孔和微孔-大孔的ZSM-5分子筛膜。镍基高温合金表面的原位再构促进了分子筛膜与金属间的结合。在分子筛膜的合成过程中，采用变温合成法，原位构建了梯度介微孔分子筛膜。通过合成液的制备条件的改变，在分子筛膜上原位形成了大孔分布。利用XRD、SEM、物理吸附、TEM、NMR、Raman光谱、XPS、DRIFT和碳氢燃料催化裂解测试系统等手段研究分子筛膜催化剂的物相、表面形貌、孔结构及其对碳氢燃料催化裂解的活性和吸热特性，以及亚纳米贵金属粒子在载体上的分散行为。获得的分子筛涂层催化剂对碳氢燃料的催化裂解过程显示了较高的裂解活性和吸热能力。本研究对金属表面梯度孔分子筛膜的原位构建和载体表面贵金属的高分散负载及其对碳氢燃料催化裂解和吸热性能促进方面取得的进展，在吸热碳氢燃料的催化裂解和应用研究方面形成一定积累。