新結構高性能多孔催化材料

前言

催化是化學工業(yè)的核心技術，催化新材料的發(fā)明和應用是推動化學工業(yè)技術進步的重要動力。多孔催化材料是石油化工中應用最為廣泛的高效催化材料，從20世紀60年代開始將分子篩（微孔）材料首次應用于催化裂化過程以來，多孔催化材料的研究就成為催化科學和材料科學領域非常活躍的一個分支，特別是近20年來，具有不同孔道結構和骨架組成的多孔材料的合成發(fā)展迅速，各種新結構多孔材料層出不窮，通過調變材料的孔道結構和骨架組成，可以制備出具有優(yōu)良性能的催化功能材料，并使相關石油化工工藝技術獲得進步。近年來，隨著石油資源緊張形勢日益嚴重，通過石油化工新技術的開發(fā)，提高石油資源利用率或開辟石化產品生產的替代資源新路線，實現(xiàn)石油化工過程的節(jié)能環(huán)保，已成為石油化工技術發(fā)展的必然趨勢，而多孔催化材料的創(chuàng)新是實現(xiàn)石油化工技術創(chuàng)新發(fā)展的關鍵。2003年，國家科學技術部《國家重點基礎研究發(fā)展計劃》設立了“新結構高性能多孔催化材料創(chuàng)制的基礎研究”項目，其目標是通過從多孔催化材料的基礎研究入手，開展催化材料合成的理論計算及分子設計研究，發(fā)展多孔催化材料的合成方法學，解決多孔催化材料的催化功能化、孔道尺寸調變、原位譜學表征和分子設計等關鍵科學問題，從而合成新結構、高性能多孔催化材料，促進石油化工技術的創(chuàng)新。該項目通過“產學研”的緊密結合.將多孔催化材料的創(chuàng)新方向與石油化工的重大需求緊密結合，凝練并解決多孔催化材料研究中的關鍵科學問題。特別通過發(fā)展催化原位表征技術，實現(xiàn)在原子和分子層次對催化材料結構以及催化反應機理本質的認識，對于促進多孔材料的創(chuàng)新及催化技術的提升具有重要的意義。通過5年的研究工作，在滿足石油化工重大需求方面和催化基礎理論與催化研究新方法等方面均取得了重要的進展。根據項目專家的建議，項目組將主要研究工作和重要進展進行了系統(tǒng)的總結，并匯編成這本學術著作。本書內容較為豐富，并具有重要的參考價值。該書的出版將對我國材料科學、催化科學，特別是石油化工催化技術的研究提供有益的參考。

內容概要

《新結構高性能多孔催化材料》是《國家重點基礎研究發(fā)展計劃》項目“新結構高性能多孔催化材料創(chuàng)制的基礎研究”的系統(tǒng)總結。涉及多孔催化材料孔結構調變、催化功能化修飾、原位表征和理論模擬以及石油化工催化應用等內容，包括含骨架雜原子的亞納米孔催化材料、多級復合孔催化材料、有機一無機雜化多孔催化材料、金屬及氧化物修飾與組裝的多孔催化材料、反應控制相轉移及選擇氧化多孑L催化材料、催化材料原位動態(tài)譜學表征、催化新材料合成的分子設計與方法等方面的研究進展。    《新結構高性能多孔催化材料》內容豐富、專業(yè)性強，對于從事上述專業(yè)的科研人員具有重要的參考價值，也可以供相關專業(yè)的教師、研究生和高年級大學生參考。

書籍目錄

第1章 多孔催化材料發(fā)展綜述　1.1 引言　1.2 石油化工及替代能源化工的需求和多孔催化材料的應用現(xiàn)狀　　1.2.1 多孔催化材料在低碳烯烴生產中的應用　　1.2.2 多孔催化材料在芳烴生產中的應用　　1.2.3 多孔催化材料在選擇催化氧化及其他方面的工業(yè)應用　1.3 新結構高性能多孔催化材料創(chuàng)制的基礎研究　　1.3.1 活性中心的調變　　1.3.2 孔結構的調變　　1.3.3 催化材料的原位動態(tài)譜學表征　　1.3.4 催化新材料合成的分子設計　1.4 多孔催化材料研究展望　參考文獻第2章 含骨架雜原子的亞納米孔催化材料　2.1 引言　2.2 含氮雜原子亞納米孔材料合成、表征與催化性能　　2.2.1 含氮分子篩的合成　　2.2.2 含氮分子篩的表征　　2.2.3 氮化機理的研究　　2.2.4 分子篩氮化的計算研究　　2.2.5 含氮分子篩的催化性能　2.3 有機一無機雜化沸石分子篩催化劑研究　　2.3.1 研究背景　　2.3.2 分子篩骨架低溫雜化的作用基礎　　2.3.3 甲胺雜化沸石的酸堿性質　　2.3.4 MFI沸石與甲胺相互作用機制　　2.3.5 MFI沸石與其他胺類分子的雜化作用　　2.3.6 FAU沸石與胺類分子的雜化作用　　2.3.7 有機一無機雜化MFI沸石醇類脫水高效催化劑　2.4 磷酸鋁分子篩催化材料制備、表征及催化性能　　2.4.1 磷酸鋁分子篩的發(fā)展狀況　　2.4.2 合成硅磷酸鋁分子篩的新路徑研究　　2.4.3 亞磷酸作為磷源合成磷酸鋁硅分子篩的晶化機理　　2.4.4 新型亞磷酸鋁微孔晶體材料的合成　　2.4.5 SAP0-34分子篩合成與甲醇制烯烴反應　2.5 含鈦雜原子分子篩的設計合成及液相氧化反應的研究　　2.5.1 研究背景　　2.5.2 Ti-MOR鈦硅分子篩的后處理合成以及氧化反應　　2.5.3 Ti鈦硅分子篩的修飾和催化特性　　2.5.4 新型鈦硅分子篩Ti-MWW的制備及其催化特性　　參考文獻第3章 多級復合孔催化材料　3.1 共結晶分子篩結構和性質的特異性及其合成控制規(guī)律研究　　3.1.1 MwW／FER共結晶分子篩　　3.1.2 BE&／MOR共結晶分子篩　　3.1.3 MFI／／MOR共結晶分子篩　3.2 介孔－微孔結構多孔催化材料合成新方法研究　　3.2.1 聚陽離子模板法　　3.2.2 以納米炭黑為模板合成介孔沸石分子篩　　3.2.3 淀粉模板法合成介孔ZSM－5分子篩　　3.2.4 以納米碳酸鈣為模板合成介孔Silicalite－1沸石　　3.2.5 高硅ZSM－5分子篩的介孔化合成及其在甲醇制丙烯中的應　3.3 ZSM－5分子篩擇形催化與甲苯選擇性歧化　　3.3.1 化學修飾與分子篩擇形催化　　3.3.2 化學修飾與分子篩酸性　　3.3.3 化學修飾與分子篩孔道性質　　3.3.4 化學修飾對分子篩擇形催化性能的影響　　3.3.5 甲苯歧化的擇形催化　3.4 具有穩(wěn)定層狀結構的新型分子篩(SRZ－21)合成表征及苯與丙烯烷基化反應　　3.4.1 SRZ－21沸石的合成和表征　　3.4.2 SRZ－21沸石的催化性能　3.5 介孔－大孔復合結構催化材料的合成與表征　　3.5.1 介孔－大孔復合結構的合成策略　　3.5.2 介孔－大孔復合結構氧化物材料　　3.5.3 介孔－大孔復合結構金屬磷酸鹽和膦酸鹽材料　　3.5.4 應用前景與存在問題　參考文獻第4章 有機－無機雜化多孔催化材料第5章 金屬及氧化物修飾與組裝的多孔催化材料第6章 反應控制相轉移及選擇氧化多孔催化材料第7章 催化材料的原位動態(tài)譜學表征第8章 催化新材料合成的分子設計與方法參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：1.2.1 多孔催化材料在低碳烯烴生產中的應用低碳烯烴一般是指乙烯、丙烯和丁二烯等，其中乙烯、丙烯及其衍生物（如乙二醇、環(huán)氧丙烷等）是最重要的合成材料生產原料，其需求量一直很高。傳統(tǒng)的乙烯和丙烯生產方法是采用非催化的蒸汽裂解工藝，該工藝存在著反應溫度高、能耗高、烯烴收率較低，同時副產大量低附加值的碳四烯烴等問題。近年來，隨著低碳烯烴需求量不斷增加，石油資源短缺矛盾日益突出，開發(fā)低能耗、低物耗、利用新資源生產低碳烯烴新工藝已成為其技術發(fā)展趨勢，這些技術包括FCC增產丙烯技術，烯烴裂解制乙烯、丙烯技術以及以煤或天然氣為資源的甲醇制烯烴技術等，上述技術均采用具有擇形性能的沸石類多孔材料作為催化劑。最近，Bellussi和Pollesel對沸石在生產低碳烯烴技術中的應用進行了綜述。1.2.1.1 FCC增產丙烯催化劑及工藝技術FCC工藝主要用于生產汽油、柴油、煤油等成品油，同時可生產少量的丙烯（3％～6％）和乙烯（1％一2％），通過對催化劑和工藝的改進，可提高丙烯的收率，其中催化劑的改進主要是在原有的Y型沸石催化劑中，添加具有擇形催化性能的ZSM一5分子篩，從而改變反應機理。研究表明，添加劑的加入，使得催化裂化過程中，催化劑中的Y型沸石與ZSM一5分子篩發(fā)生協(xié)同作用，在Y型沸石上發(fā)生裂化反應的烴類碳陽離子在ZSM一5分子篩上進一步裂化生成低碳烯烴，從而抑制了在Y型沸石上的氫轉移反應，可以增加低碳烯烴的收率和汽油的辛烷值，當FCC催化劑的ZSM一5分子篩添加組分質量分數達到10％時，丙烯收率（質量分數）可以達到9％以上。但是催化劑ZSM一5含量增加提高丙烯收率的同時，會帶來重油組分收率增加，因此對催化劑和反應工藝改進工作不斷進行，在催化劑方面主要是通過對ZSM一5分子篩的改性，提高其活性，同時調變催化劑的孔徑分布，提高反應分子與催化活性中心接觸幾率，如GraceDavison公司開發(fā)的PMC系列催化劑，Albemarle公司的A：FX添加劑和ACTI（）N系列催化劑，BASF’公司的添加劑等。在反應工藝方面，主要是通過提高反應溫度、增加劑／油比等提高丙烯收率，包括印度石油公司的INDMAX工藝、中國石油化工股份公司（簡稱中國石化公司）的DCC工藝等。1.2.1.2 低值烯烴選擇裂解制丙烯催化劑及工藝碳四一碳八烯烴是蒸汽裂解、催化裂化以及費一托合成等工藝的副產物，通過選擇性裂化可將其轉化為丙烯產物，提高附加值，同時解決丙烯需求增加的矛盾。近10年來，該工藝技術的開發(fā)是國際石油化工行業(yè)以及相關學術研究機構研究的熱點，并已取得良好的進展，目前已開發(fā)的工藝包括：KBR公司的Supexnex工藝。

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《新結構高性能多孔催化材料》由中國石化出版社出版。

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