Solvent-free crystallization of ZSM-5 zeolite on SiC foam as a monolith catalyst for biofuel upgrading  被引量:5

无溶剂法合成ZSM-5/SiC整体式催化剂制备生物燃料

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作  者:Qiuyan Zhu Yeqing Wang Lingxiang Wang Zhiyuan Yang Liang Wang Xiangju Meng Feng-Shou Xiao 朱秋艳;王叶青;王凌翔;杨志远;王亮;孟祥举;肖丰收(浙江大学化学系,浙江省应用化学重点实验室,浙江杭州310028;浙江大学化工与生物工程学院,教育部生物质化工工程重点实验室,浙江杭州310028)

机构地区:[1]Key Laboratory of Applied Chemistry of Zhejiang Province,Department of Chemistry,Zhejiang University,Hangzhou 310028,Zhejiang,China [2]Key Laboratory of Biomass Chemical Engineering of Ministry of Education,College of Chemical and Biological Engineering,Zhejiang University,Hangzhou 310028,Zhejiang,China

出  处:《Chinese Journal of Catalysis》2020年第7期1118-1124,共7页催化学报(英文)

基  金:国家重点研发计划(2018YFD1000806-01);国家自然科学基金(21822203,91645105,91634201);浙江省自然科学基金(LR18B030002);中央高校资助.

摘  要:Conventional synthesis of monolith-supported zeolite catalysts is based on a hydrothermal strategy.Here,we report a solvent-free crystallization process to coat ZSM-5 zeolite crystals on a monolithic SiC foam with a honeycomb structure(ZSM-5/SiC).Characterizations of the ZSM-5/SiC by scanning electron microscopy,N2 sorption,and X-ray diffraction indicate that the zeolite sheath has been ideally coated on the surface of the SiC foam with high purity and crystallinity.Fixing Pd nanoparticles within the ZSM-5 zeolite crystals delivers a bifunctional Pd@ZSM-5/SiC catalyst,which exhibits high activity and selectivity toward diesel range paraffins in the hydrodeoxygenation of methyl oleate,a model molecule for biofuel.In comparison to the powder Pd@ZSM-5,the Pd@ZSM-5/SiC monolith catalyst shows more efficiency,which is attributed to the fast mass transfer and high heat conductivity on the honeycomb SiC structure.The durability test indicates that the Pd@ZSM-5/SiC catalyst is stable under the reaction and high-temperature regeneration conditions.传统合成整块载体负载分子筛催化剂的方法是水热法,这样往往伴随水资源浪费和釜内空间利用率低的问题.本文报道了应用无溶剂法在蜂窝结构的碳化硅(SiC)表面原位生长ZSM-5分子筛.进一步采用该法将Pd纳米粒子限域在ZSM-5分子筛内,合成Pd@ZSM-5/SiC双功能催化剂,并在油酸甲酯加氢反应中表现出较高的活性和高碳烷烃选择性.结果发现,Pd@ZSM-5/SiC表现出高选择性和耐久性,这归因于SiC优异的传质和导热特性.X射线衍射、扫描电子显微镜和氮气吸附等结果表明,通过无溶剂法合成的分子筛具有很高的结晶度和纯度;高分辨透射电镜结果表明,在Pd@ZSM-5和Pd@ZSM-5/SiC催化剂中,Pd纳米粒子均被良好封装,并且粒径无明显差别,因此排除金属活性中心粒径的干扰.油酸甲酯的直接加氢脱氧/脱羧可以制备具有高附加值的长链碳氢化合物,而碳氢化合物的裂解通常会伴随着低碳化合物等副产物的生成.我们比较了两种催化剂在350-500℃的转化率和高碳烷烃的选择性差异.在相同反应条件下,Pd@ZSM-5/SiC催化剂上油酸甲酯转化率始终高于Pd@ZSM-5.例如在450℃,Pd@ZSM-5和Pd@ZSM-5/SiC的转化率分别为97.6%和78.2%,当温度提升至500℃,Pd@ZSM-5/SiC将油酸甲酯完全转化,而Pd@ZSM-5的转化率仅为88%.在350℃时,Pd@ZSM-5/SiC以脱羧反应为主,其中C17和C18的选择性分别为67.3%和20.1%,C6-12和C13-16选择性分别为2.4%和5.0%.相比之下,Pd@ZSM-5催化剂C17的选择性为39.4%,C18的选择性为13.2%,C6-12和C13-16选择性分别为20.2%和20.6%.由此可见,Pd@ZSM-5对于高附加值的长链碳氢化合物的选择性远低于Pd@ZSM-5/SiC;这可能与在Pd@ZSM-5催化剂上更容易发生烷烃裂解副反应有关.值得注意的是,虽然升高温度会促进碳氢化合物的裂解,但是在Pd@ZSM-5/SiC催化剂上高碳化合物依然较多.例如,在500℃时,裂解是Pd@ZSM-5催化剂上的主要反应,C1-5的选择性高达50.1%,C6-12的�

关 键 词:ZEOLITE Pd@ZSM-5/SiC Monolith catalyst SIC SOLVENT-FREE 

分 类 号:TQ517[化学工程] TQ426

 

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