张少龙 李 斌 张飞跃 马 丽 韩艳华 范闽光
(广西大学化学化工学院,南宁530004)
金属改性P/HZSM-5分子筛催化乙醇芳构化
张少龙 李 斌 张飞跃*马 丽 韩艳华 范闽光
(广西大学化学化工学院,南宁530004)
以P/HZSM-5分子筛为基础,通过浸渍法制备了Cr、Co、Cu、Zn等金属改性的M-P/HZSM-5分子筛.采用X射线衍射(XRD),比表面积(BET)和氨气程序升温(NH3-TPD)等方法对其进行了表征,并考察了其催化乙醇芳构化的活性.结果表明,改性后的ZSM-5分子筛保持原有的骨架结构,但比表面积降低,酸性分布发生变化; Cu-P/HZSM-5分子筛有较高催化活性.P和Cu的负载量分别为3%和5%,先浸渍P再浸渍Cu,反应温度400°C,质量空速(WHSV)为1.0 h-1时轻质芳烃(BTX)收率可达到57.6%.
乙醇;芳构化;轻质芳烃;P/HZSM-5分子筛
苯、甲苯及二甲苯简称为轻质芳烃(BTX).BTX用途非常广泛,是石化工业的基本有机化工原料,可用来生产合成橡胶、合成纤维和合成树脂等多种化工产品,也可用来生产多种精细化学产品,1也还可作为高辛烷值汽油的调和成分,约占汽油组成的21%.2传统BTX的生产以催化重整油和裂解汽油为主要原料,3但石油资源的日益匮乏使这些基本化学品价格居高不下.乙醇是一种可再生的生物质资源,特别是以纤维质为原料生产乙醇技术的巨大突破使乙醇的生产更为成熟.4,5以乙醇为原料生产BTX芳烃可以弥补石油资源的不足,是一条有益的工艺路线.目前,纯粹以乙醇为原料制取BTX的研究报道还很少,但以乙醇为研究对象或芳烃为目的产物的报道中有涉及此方面的内容.6,7Szechenyi等8报道了在Mo2C/ZSM-5分子筛催化剂上的乙醇芳构化反应,在500°C,Mo2C负载量为2%时,总芳烃的收率为24.8%.Anup9和Megumu10等探讨了乙醇的芳构化机理,认为乙醇生成乙烯,乙烯是芳构化反应的关键产物,但也有人持不同的观点.11
研究表明,乙醇易在ZSM-5分子筛上发生分子内或分子间脱水生成乙烯12或者乙醚,13从而有大量水生成.但ZSM-5分子筛在高温水热条件下易发生脱铝现象,14使分子筛骨架结构遭到破坏而失去催化活性.添加P到ZSM-5分子筛中,P与分子筛发生作用,使Al―O键增强,可抑制分子筛脱铝.15同时P的负载还可改变分子筛酸中心的强度和分布状况.16本文以水热稳定性较高的P/HZSM-5分子筛为基础,探讨负载金属组分改性的M-P(M=Cr,Co,Cu,Zn)/ HZSM-5分子筛的物理化学性质的变化,及其催化乙醇芳构化的活性,确定最佳负载金属并优化实验条件以提高BTX的收率.
2.1 催化剂的制备
以一定浓度的(NH4)3PO4·3H2O(分析纯,天津市光复精细化工研究院)溶液浸渍HZSM-5分子筛(南开大学,m(SiO2)/m(Al2O3)=38),室温下静置12 h, 110°C干燥4 h,500°C焙烧4 h,即可得到P改性的P/HZSM-5分子筛.然后分别以一定浓度的Cr(NO3)3· 9H2O(分析纯,天津市大茂化学试剂厂)、Co(NO3)2· 6H2O(分析纯,广东省化学试剂工程技术研究开发中心)、Cu(NO3)2·3H2O(分析纯,天津市大茂化学试剂厂)、Zn(NO3)2·6H2O(分析纯,国药集团化学试剂有限公司)溶液浸渍P/HZSM-5分子筛,重复上述其余步骤,最后经过粉碎、压片、过筛(20-40目),即可得到不同金属改性的P/HZSM-5分子筛.记作xM-yP/HZSM-5分子筛(M=Cr,Co,Cu,Zn;x和y分别为金属和磷的质量分数,以HZSM-5分子筛质量为分母).
以一定浓度的Cu(NO3)2溶液浸渍HZSM-5分子筛,室温下静置12 h,110°C干燥4 h,500°C焙烧4 h,即可得到Cu改性的Cu/HZSM-5分子筛.然后分别以不同浓度的(NH4)3PO4溶液浸渍Cu/HZSM-5分子筛,重复上述其余步骤,最后经过粉碎、压片、过筛(20-40目),即可得到P-Cu/HZSM-5分子筛.
以一定浓度的Cu(NO3)2和(NH4)3PO4混合溶液溶液浸渍HZSM-5分子筛,重复上述其余步骤,即可得到Cu和P共同改性的HZSM-5分子筛,记作Cu+ P/HZSM-5分子筛.
2.2 催化性能测试
催化性能测试在微型反应装置(WFSP-3050)上进行,尾气分析连接在线装置.将不同系列分子筛装填在内径为8 mm的不锈钢反应器内,装填量为1.0 g,反应器的两端填充相同粒径的石英砂和相同面积的不锈钢丝网.用平流泵(LB-05)将乙醇以一定的流速注入反应器内,气化后在催化剂床层内反应.利用加热带加热反应器与色谱的连接管路,以保证所有产物呈气相进入色谱(GC7890II)进行在线分析,色谱配置热导检测器(TCD).乙醇的转化率和产物的收率用文献17报导的方法进行计算.
2.3 催化剂表征
XRD分析在日本理学D/max-2500X射线衍射仪上进行.Cu靶,Kα辐射,扫描电压40 kV,电流200 mA,扫描范围10°-70°,扫描速率10(°)·min-1.
BET测试在美国Quantasorb NOVA 4000高速自动比表面与孔隙度分析仪上进行.具体步骤是,取样品100 mg,在300°C和1.33 Pa下脱气6 h后以氮气为吸附质在液氮温度下进行测试.
NH3-TPD测试在天津先权TP-5080全自动多用吸附仪上进行,TCD检测脱附的氨气量.具体步骤是,取样品100 mg,在氦气气氛下吹扫,由室温升至600°C,升温速率25°C·min-1,并在600°C保持30 min.然后降温至80°C,吸附氨气30 min至饱和,升温至100°C,氦气吹扫1 h后,在100°C到600°C进行测试,升温速率10°C·min-1.
3.1 催化剂表征结果
3.1.1 XRD结果
图1为HZSM-5、P/HZSM-5及M-P/HZSM-5分子筛样品的XRD谱图.从图1中可以看出,经过改性后的各分子筛的XRD图只出现HZSM-5分子筛的特征衍射峰,18未观测到金属氧化物或磷氧化物的衍射峰,且各衍射峰的强度变化不大.这说明经过浸渍改性和高温焙烧处理后,分子筛的骨架结构及晶粒度未发生明显变化;同时金属和磷物种高度分散在HZSM-5分子筛上.
图1 不同系列分子筛样品的XRD谱Fig.1 XRD patterns of different zeolites(1)HZSM-5;(2)3%P/HZSM-5;(3)5%Cr-3%P/HZSM-5; (4)5%Co-3%P/HZSM-5;(5)5%Cu-3%P/HZSM-5; (6)5%Zn-3%P/HZSM-5
图2为不同系列Cu和P浸渍改性HZSM-5分子筛样品的XRD谱图,其中未改性的HZSM-5分子筛和Cu或者P单独改性HZSM-5分子筛的XRD谱图也列于图中,便于比较.从图2中可以看出,经过改性后的各分子筛的XRD图只出现HZSM-5分子筛的特征衍射峰,未观测到Cu氧化物或P氧化物的衍射峰,且各衍射峰的强度变化不大.这说明经过浸渍改性和高温焙烧处理后,分子筛的骨架结构及晶粒度未发生明显变化;同时Cu和P物种高度分散在HZSM-5分子筛上.
3.1.2 BET结果
表1为HZSM-5分子筛及改性后各HZSM-5分子筛样品的比表面积.由表1可见,经改性后的分子筛比表面积均有所降低,且双组分改性分子筛比表面积比单组分改性的分子筛下降更多.这是因为P和金属物种积聚于分子筛的孔口或进入孔道内,阻塞分子筛孔道,改性组分越多这种趋势就越明显,从而导致分子筛比表面积减小.另外,改变浸渍次序得到的HZSM-5分子筛的比表面积基本相同,说明分步浸渍法和共同浸渍法都可使Cu和P物种很好地负载于HZSM-5分子筛上.
图2 不同系列Cu和P改性分子筛样品的XRD谱Fig.2 XRD patterns of Cu and Pmodified zeolites(1)HZSM-5;(2)3%P/HZSM-5;(3)5%Cu/HZSM-5;(4)5%Cu-3%P/ HZSM-5;(5)3%P-5%Cu/HZSM-5;(6)5%Cu+3%P/HZSM-5
表1 不同系列分子筛样品的比表面积Table 1 Specific surface areas of different zeolites
3.1.3 NH3-TPD结果
图3为HZSM-5分子筛,P/HZSM-5分子筛及M-P/HZSM-5分子筛样品的NH3-TPD图.
由图3可见,HZSM-5分子筛有两个脱附峰,代表分子筛两个不同的酸强度中心:225°C附近的峰对应弱酸中心,425°C附近的峰对应强酸中心,19峰面积代表酸量的多少.P/HZSM-5分子筛强酸峰面积减少,说明经过P改性后HZSM-5分子筛强酸酸量减少;20,21经过金属改性后的M-P/HZSM-5分子筛强酸和弱酸峰面积明显降低,说明经过金属改性后P/HZSM-5的强酸和弱酸酸量均减少.
同时,随着Cr、Co、Cu、Zn原子序数的增加,改性后的HZSM-5分子筛保留的强酸和弱酸峰面积依次增多,即强酸和弱酸酸量的多少依次为Zn-P/HZSM-5>Cu-P/HZSM-5>Co-P/HZSM-5>Cr-P/ HZSM-5.其中Cu-P/HZSM-5分子筛在325°C附近出现一个新峰,对应中强酸中心,说明经过Cu和P改性后HZSM-5分子筛中强酸酸量增多.
图3 不同系列分子筛样品的NH3-TPD图Fig.3 NH3-TPD profiles of different zeolites(1)HZSM-5;(2)3%P/HZSM-5;(3)5%Cr-3%P/HZSM-5;(4)5%Co-3%P/HZSM-5;(5)5%Cu-3%P/HZSM-5;(6)5%Zn-3%P/HZSM-5
图4为不同浸渍次序Cu和P改性分子筛样品的NH3-TPD图.其中未改性的HZSM-5分子筛和Cu或者P单独改性HZSM-5分子筛的NH3-TPD谱图也列于图中,便于比较.
由图4可见,5%Cu/HZSM-5分子筛的较3%P/ HZSM-5分子筛强酸和弱酸面积更小,说明在HZSM-5分子筛上负载Cu可使分子筛的强酸和弱酸酸量减少,但在325°C附近出现中强酸峰,使中强酸酸量增多;经过Cu和P共同改性后的分子筛强酸和弱酸峰面积显著减小,说明Cu和P共同负载与HZSM-5分子筛上可使分子筛的强酸和弱酸酸量减少.
同时,Cu和P浸渍顺序不同时,经过改性后的分子筛酸性分布不尽相同.5%Cu-3%P/HZSM-5分子筛较3%P-5%Cu/HZSM-5分子筛和5%Cu+3%P/ HZSM-5分子筛有更多的强酸、弱酸和中强酸酸量.这是因为浸渍顺序不同可使先引入的组分占据分子筛表面最有利的活性位点,5%Cu-3%P/HZSM-5分子筛先引入P使其占据的活性位点较多,而后引入Cu使其占据的活性位点较少从而强酸和弱酸降低减小,使其具有较多的强酸和弱酸酸量;3%P-5% Cu/HZSM-5分子筛先引入Cu使其占据活性位点较多,并使强酸和弱酸酸量降低较多,但中强酸酸量增多;5%Cu+3%P/HZSM-5分子筛同时引入Cu和P,由于竞争吸附或者Cu和P之间发生相互作用,Cu和P共同浸渍分子筛时强酸中心几乎消失,但在575°C附近出现了超强酸峰.
由此可见,浸渍次序对Cu和P改性HZSM-5分子筛时有一定的影响,先引入P再引入Cu可使分子筛的强酸、弱酸和中强酸酸量发生改变,使其协同作用加强,以利于乙醇芳构化.
图4 不同系列Cu和P改性分子筛样品的NH3-TPD图Fig.4 NH3-TPD profiles of Cu and Pmodified zeolites(1)HZSM-5;(2)3%P/HZSM-5;(3)5%Cu/HZSM-5;(4)5%Cu-3%P/HZSM-5;(5)3%P-5%Cu/HZSM-5;(6)5%Cu+3%P/HZSM-5
图5 5%Cu-yP/HZSM-5分子筛的NH3-TPD图Fig.5 NH3-TPD profiles of 5%Cu-yP/HZSM-5 zeolites with different Pcontents(1)5%Cu/HZSM-5;(2)5%Cu-1%P/HZSM-5; (3)5%Cu-2%P/HZSM-5;(4)5%Cu-3%P/HZSM-5; (5)5%Cu-4%P/HZSM-5;(6)5%Cu-5%P/HZSM-5
图5为Cu负载量为5%时,改变P负载量的5% Cu-yP/HZSM-5分子筛(y代表P负载量的质量分数)的NH3-TPD图.
由图5可见,随着P负载量的增加强酸峰面积逐渐减小,在P负载量≥4%时,弱酸中心开始向低温方向移动.说明随着P的负载量增多,分子筛的强酸酸量逐渐减少,弱酸强度减低.
图6为P负载量为3%时,改变Cu负载量的xCu-3%P/HZSM-5分子筛(x代表Cu负载量的质量分数)的NH3-TPD图.
图6 xCu-3%P/HZSM-5分子筛的NH3-TPD图Fig.6 NH3-TPD profiles of xCu-3%P/HZSM-5 zeolites with different Cu contents(1)P/HZSM-5;(2)1%Cu-3%P/HZSM-5;(3)3%Cu-3%P/HZSM-5; (4)5%Cu-3%P/HZSM-5;(6)7%Cu-3%P/HZSM-5
由图6可见,随着Cu负载量的增加,改性后HZSM-5分子筛的的强酸和弱酸的峰面积不断减小,强酸和弱酸中心向低温方向移动,中强酸峰面积先增大后减小,在Cu负载量为5%时达到最大.这说明随着Cu负载量增多,分子筛的强酸和弱酸酸量不断减少,强度不断降低,且由于Cu的作用使分子筛的中强酸增多,在Cu负载量为5%时有最多的中强酸量.
综上所述,5%Cu-3%P/HZSM-5分子筛中Cu和P都可使分子筛的强酸酸量酸量减少,Cu也使分子筛弱酸酸量减少,但由于Cu的作用,分子筛中强酸量增多.因此分布浸渍法制备的Cu-P/HZSM-5分子筛,Cu和P可发挥各自的作用,在Cu和P的负载量分别为5%和3%时,可使分子筛的强酸、弱酸和中强酸达到一定的比例,发挥协同作用可利于乙醇的芳构化反应.
3.2 催化剂的活性
3.2.1 不同系列分子筛的催化活性
表2为乙醇在HZSM-5、P/HZSM-5及M-P/ HZSM-5分子筛上芳构化的反应结果.在温度为400°C,质量空速为1.0 h-1时,乙醇可在各种分子筛上反应完全.
由表2可见,经过改性后的各HZSM-5分子筛的BTX收率均有所增加.P/HZSM-5分子筛的BTX收率与HZSM-5分子筛相接近,这可能与两者的酸性分布相似有关;经过金属改性后的各M-P/ HZSM-5分子筛的BTX收率增幅不同,其中Cu和Zn改性后的分子筛的BTX收率增幅较大,可分别达到57.6%和53.7%.
据文献9,10,22报道,乙醇可在HZSM-5分子筛上发生一系列复杂的反应生成BTX,其基本过程为脱水、齐聚、芳构化,进而或异构化或歧化或脱烷基得BTX,其中弱酸活性位上乙醇脱水生成烯烃,强酸活性位上芳构化,但强酸活性位点易使分子筛发生积碳,降低分子筛活性.Cu和Zn改性后的M-P/ HZSM-5分子筛的BTX收率增幅较大,一方面可能是P的改性使分子筛的水热稳定增强,抑制分子筛的脱铝,增强分子筛的活性;15另一方面Cu和Zn改性后的M-P/HZSM-5分子筛保留较多的强酸和弱酸酸量易于乙醇的芳构化反应,强酸中心的减少降低了分子筛的积碳能力,同时Cu和Zn等金属还可以促进各种脱氢反应,使强酸中心生成的环化中间体脱氢生成芳烃.
另外,Cu-P/HZSM-5分子筛较Zn-P/HZSM-5分子筛的BTX收率稍多的原因可能是,中强酸中心也利于乙醇脱水反应生成烯烃,23Cu-P/HZSM-5分子筛中强酸酸量的增多可是强酸中心芳构化提供更多的反应物.因此Cu-P/HZSM-5催化乙醇芳构化表现出较高的活性.
3.2.2 P和Cu负载量对催化剂活性的影响
表3为P和Cu负载量不同时,乙醇在Cu-P/ HZSM-5分子筛芳构化结果.在该实验条件下乙醇可在各分子筛上反应完全.
由表3可见,当Cu的负载量为5%时,随着P负载量的增加,BTX的收率先增加后急剧减小,在P负载量为3%时,收率达到最大值57.6%.乙醇不论是分子内脱水生成烯烃还是分子间脱水生成醚,都伴随着大量水的生成,P负载于HZSM-5分子筛上抑制分子筛脱铝,提高了分子筛的水热稳定性,使分子筛的稳定性提高.15另一方面,P的负载降低了分子筛的强酸酸量,降低其积碳能力,但是,当P的含量过高时(≥4%),不仅强酸酸量减少,弱酸的强度也减弱,这使分子筛芳构化和脱水能力都下降,因此BTX的收率急剧减小.同时,这说明要使乙醇芳构化不仅需要适量的酸量,同时还需要适量的酸强度.
另一方面,当P的负载量为3%时,BTX的收率随着Cu负载量的增加先升高后降低,Cu的负载量为5%时达到最大值57.6%.这是因为随着Cu负载量的增加强酸强度降低,使催化剂的抗积碳能力提高,保留的弱酸和增多的中强酸使乙醇生成烯烃,其在保留的强酸活性位点上进行芳构化等反应;另一方面Cu负载在HZSM-5分子筛上可以促进各种脱氢反应,使烯烃生成的环化中间体脱氢而生成芳烃.当Cu的负载量过高时,由于Cu的脱氢作用会造成芳烃的二次深度脱氢导致芳烃的收率下降.
表2 乙醇在不同系列分子筛上芳构化的反应结果Table 2 Aromatization of ethanol over various zeolites
表3 P和Cu负载量对Cu-P/HZSM-5分子筛上乙醇芳构化的影响Table 3 Effect of Pand Cu loadings on the aromatization of ethanol over the Cu-P/HZSM-5 zeolites
3.2.3 Cu和P浸渍次序对催化剂活性的影响
表4为不同Cu和P浸渍次序改性HZSM-5分子筛催化乙醇芳构化的结果.
由表4可见,Cu和P双组分改性HZSM-5分子筛浸渍次序对乙醇转化率及BTX收率有较大影响.其中5%Cu-3%P/HZSM-5分子筛有较高的BTX收率,可达到57.6%.这是因为5%Cu-3%P/HZSM-5分子筛较3%P-5%Cu/HZSM-5分子筛和5%Cu+3%P/ HZSM-5分子筛有更多的强酸、弱酸和中强酸酸量,弱酸和中强酸中心利于乙醇脱水生成烯烃,强酸中心利于烯烃环化和芳烃间的异构化等反应,较HZSM-5分子筛强酸中心的减少,增强了其抗积碳能力,这些因素都利于BTX收率的增加;5%Cu+3% P/HZSM-5分子筛强酸酸量急剧减少,降低了发生烯烃环化和芳烃间的异构化等反应的活性位点,同时分子筛上超强酸增多,降低了分子筛的抗积碳能力,因此5%Cu+3%P/HZSM-5分子筛表现出最差的催化活性.
3.2.4 反应温度对催化剂活性的影响
表5为温度对乙醇在5%Cu-3%P/HZSM-5分子筛上芳构化的影响.
从表5中可以看出,随着反应温度的升高,乙醇的转化率不断增加,在温度≥350°C时乙醇可全部转化,温度为400°C时,BTX收率达到最大值57.6%.乙醇可在HZSM-5分子筛上于较低的温度获得产率较高乙醚,于稍高的温度获得乙烯,获得产率较高BTX的温度比前两者都高.这说明较高的温度有利于乙醇芳构化,但是温度过高时(>400°C),C9+芳烃的收率急剧下降,这是因为随着反应温度的升高, C9+脱甲基反应加剧,且温度过高乙醇在催化剂上停留的时间过短不利于芳烃的生成,同时芳烃也易于进行裂解和脱氢反应生成低碳烃,造成总芳烃的收率下降.
3.2.5 质量空速对催化剂活性的影响
表6为质量空速对5%Cu-3%P/HZSM-5分子筛上乙醇芳构化的影响.
表4 浸渍次序对Cu和P改性HZSM-5分子筛催化乙醇芳构化的影响Table 4 Effect of impegnation sequence of Cu and Pon the aromatization of ethanol over the different zeolites
表5 反应温度对5%Cu-3%P/HZSM-5催化剂上乙醇芳构化的影响Table 5 Effect of reaction temperature on the aromatization of ethanol over the 5%Cu-3%P/HZSM-5 catalyst
表6 质量空速对5%Cu-3%P/HZSM-5分子筛上乙醇芳构化的影响Table 6 Effect of WHSV on the aromatization of ethanol over the 5%Cu-3%P/HZSM-5 zeolite
由表6可见,随着质量空速的不断增加,乙醇的转化率不断降低,BTX的收率先增大后减小,在质量空速为1.0 h-1时,乙醇能够全部转化,BTX的收率达到最大值57.6%.一方面,空速较低时,乙醇在分子筛上停留的时间较长,可完全转化,但目的产物可在分子筛上继续反应增加副反应的几率;空速增加时,乙醇在分子筛上停留的时间变短,产物可及时地离开催化剂床层,减少副反应的发生,增加芳烃的收率;另一方面,空速过高时,乙醇在催化剂上停留的时间过短,且乙醇的浓度过大,不能被分子筛的活性位点全部吸附造成乙醇的转化率降低.
浸渍法制备的Cu-P/HZSM-5分子筛是乙醇芳构化制BTX的优良催化剂.催化剂的酸强度及酸量是影响催化剂活性的主要因素,在400°C,Cu和P的负载量分别为5%和3%,先浸渍P再浸渍Cu,在质量空速为1.0 h-1的条件下Cu-P/HZSM-5分子筛表现出最佳的催化性能,BTX收率可达到57.6%.
1 Li,Y.Q.;Bai,E.Z.;Duan,Q.W.Petro.Technol.2005,34(4), 309.[李燕秋,白尔铮,段启伟.石油化工,2005,34(4),309.]
2 Jin,Q.;Cheng,Z.L.;Li,H.Y.;Gui,J.Z.;Liu,N.N.;Zhang,X. T.;Qi,K.X.;Sun,Z.L.J.Petrochem.Univ.1999,12(1),5. [金 俏,程志林,李宏洋,桂建舟,刘宁宁,张晓彤,祈克新,孙兆林.石油化工高等学校学报,1999,12(1),5.]
3 Qiu,J.Contemporary Chem.Ind.2006,35(5),313.[邱 江.当代化工,2006,35(5),313.]
4 Wang,X.J.;Wang,B.;Feng,H.;Li,Z.Y.Chem.Eng.Oil.Gas 2007,36(6),452.[王晓娟,王 斌,冯 浩,李志义.石油与天然气化工,2007,36(6),452.]
5 Gong,D.C.;Tian,Y.H.;Li,D.Y.;Gong,M.Z.;Tu,Z.Y.Chem. Bioeng.2007,24(1),4. [龚大春,田毅红,李德莹,龚美珍,涂志英.化学与生物工程,2007,24(1),4.]
6 Ni,Y.M.;Peng,W.Y.;Sun,A.M.;Mo,W.L.;Hu,J.L.;Li,T.; Li,G.X.J.Ind.Eng.Chem.2010,16(4),503.
7 Anna,Y.;Scott,J.M.;Hicham,I.J.Catal.2000,191,30.
8 Szechenyi,A.;Barthos,R.;Solymosi,F.Catal.Lett.2006,110 (1-2),85.
9 Anup,K.;Talukdar,K.G.;Bhattacharyya,S.S.Appl.Catal.A 1997,148,357.
10 Megumu,I.;Kazuhisa,M.;Masahiro,S.;Isao,T.React.Kinet. Catal.Lett.2006,88(1),135.
11 Wang,J.Y.;Wang,D.Z.;Lu,X.D.Chin.J.Catal.1993,14(5), 392.[王锦业,王定珠,卢学栋.催化学报,1993,14(5),392.]
12 Oudejans,J.C.;van Den Oosterkamp,P.F.;van Bekkum,H. Appl.Catal.1982,3(2),109.
13 Deng,J.F.;Pan,H.S.;Zhang,G.R.;Yan,M.M.;Zhang,X.P.; Wang,H.M.Acta Chim.Sin.1988,46,321.[邓景发,潘海水,张贵荣,严曼明,张西平,王怀明.化学学报,1988,46,321.]
14 Chen,H.L.;Shen,B.J.;Pan,H.F.Acta Phys.-Chim.Sin.2004, 20(8),854. [陈洪林,申宝剑,潘慧芳.物理化学学报,2004, 20(8),854.]
15 Yang,J.;Sun,H.Sci.China Ser.B-Chem.2008,38(10),881. [杨 静,孙 淮.中国科学B辑:化学,2008,38(10),881.]
16 Zhang,H.R.;Zhang,Q.;Li,Y.P.;Zhang,P.F.;Pan,R.L.;Li,X. F.;Dou,T.J.Fuel.Chem.Technol.2010,38(3),319.[张海荣,张 卿,李玉平,张鹏飞,潘瑞丽,李晓峰,窦 涛.燃料化学学报,2010,38(3),319.]
17 Fan,M.G.;Li,X.L.;Li,B.;Zhang,F.Y.;Zhang,S.L.;Li,J.L. Chin.J.Anal.Chem.2010,38(4),517.[范闽光,李小龙,李 斌,张飞跃,张少龙,李景林.分析化学,2010,38(4),517.]
18 Chen,L.Y.;Xu,Z.S.;Zhang,T.;Li,X.S.;Lin,L.W.Acta Phys.-Chim.Sin.1995,11(7),601.[陈来元,徐竹生,张 涛,李新生,林励吾.物理化学学报,1995,11(7),601.]
19 Zhang,L.W.;Wang,J.H.;Wu,P.;Hou,Z.Y.;Fei,J.H.;Zheng, X.M.Chin.J.Catal.2010,31(8),987. [张立伟,王军华,吴 佩,侯昭胤,费金华,郑小明.催化学报,2010,31(8),987.]
20 Jiang,G.Y.;Zhang,L.;Zhao,Z.;Zhou,X.Y.;Duan,A.J.Appl. Catal.A 2008,340,176.
21 Zhao,G.L.;Teng,J.W.;Xie,Z.K.;Jin,W.Q.;Yang,W.M.; Chen,Q.L.;Tang,Y.J.Catal.2007,248,29.
22 Yang,X.S.Fine Chem.Int.1992,No.3,16.[杨杏生.湖南化工,1992,No.3,16.]
23 Cheng,Y.H.;Hu,Y.C.;Li,H.;Hu,Y.;Zhang,H.M.J.Nanjing Technol.Univ.(Nat.Sci.)2009,31(4),32.[成源海,胡耀池,李 慧,胡 燚,张红漫.南京工业大学学报(自然科学版), 2009,31(4),32.]
December 2,2010;Revised:January 6,2011;Published on Web:April 2,2011.
Aromatization of Ethanol over Metal Modified P/HZSM-5 Zeolite
ZHANG Shao-Long LI Bin ZHANG Fei-Yue*MALi HAN Yan-Hua FAN Min-Guang
(College of Chemistry and Chemical Engineering,Guangxi University,Nanning 530004,P.R.China)
A series of P/HZSM-5 zeolites modified with different metals(Cr,Co,Cu,Zn)were prepared by impregnation.The physicochemical features of the M-P/HZSM-5 catalysts were characterized by X-ray diffraction(XRD),BET surface area measurements,and temperature programmed desorption of ammonia (NH3-TPD).We investigated the catalytic activity upon the aromatization of ethanol.The results showed that the framework of the modified zeolites was retained while the specific surface area decreased and the distribution of the acid sites changed greatly.Cu-P/HZSM-5 gave excellent catalytic activity.When the P loading and the Cu loading were 3%and 5%on the HZSM-5 zeolites,respectively,P was modified first and then Cu,the aromatization of ethanol over the 5%Cu-3%P/HZSM-5 zeolite achieved 57.6%with a total light aromatic hydrocarbons(BTX)yield at 400°C and a weight hourly space velocity(WHSV)of 1.0 h-1.
Ethanol;Aromatization;Light aromatic hydrocarbon;P/HZSM-5 zeolite
O643
*Corresponding author.Email:fyzhang@gxu.edu.cn;Tel:+86-771-3233718.
The project were supported by the National Natural Science Foundation of China(20763001)and Natural Science Foundation of Guangxi Province, China(0640004).
国家自然科学基金(20763001)和广西省自然科学基金(0640004)资助项目