新結(jié)構(gòu)高性能多孔催化材料

前言

催化是化學(xué)工業(yè)的核心技術(shù)，催化新材料的發(fā)明和應(yīng)用是推動(dòng)化學(xué)工業(yè)技術(shù)進(jìn)步的重要?jiǎng)恿?。多孔催化材料是石油化工中?yīng)用最為廣泛的高效催化材料，從20世紀(jì)60年代開(kāi)始將分子篩（微孔）材料首次應(yīng)用于催化裂化過(guò)程以來(lái)，多孔催化材料的研究就成為催化科學(xué)和材料科學(xué)領(lǐng)域非?；钴S的一個(gè)分支，特別是近20年來(lái)，具有不同孔道結(jié)構(gòu)和骨架組成的多孔材料的合成發(fā)展迅速，各種新結(jié)構(gòu)多孔材料層出不窮，通過(guò)調(diào)變材料的孔道結(jié)構(gòu)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(guān)石油化工工藝技術(shù)獲得進(jìn)步。近年來(lái)，隨著石油資源緊張形勢(shì)日益嚴(yán)重，通過(guò)石油化工新技術(shù)的開(kāi)發(fā)，提高石油資源利用率或開(kāi)辟石化產(chǎn)品生產(chǎn)的替代資源新路線，實(shí)現(xiàn)石油化工過(guò)程的節(jié)能環(huán)保，已成為石油化工技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，而多孔催化材料的創(chuàng)新是實(shí)現(xiàn)石油化工技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的關(guān)鍵。2003年，國(guó)家科學(xué)技術(shù)部《國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃》設(shè)立了“新結(jié)構(gòu)高性能多孔催化材料創(chuàng)制的基礎(chǔ)研究”項(xiàng)目，其目標(biāo)是通過(guò)從多孔催化材料的基礎(chǔ)研究入手，開(kāi)展催化材料合成的理論計(jì)算及分子設(shè)計(jì)研究，發(fā)展多孔催化材料的合成方法學(xué)，解決多孔催化材料的催化功能化、孔道尺寸調(diào)變、原位譜學(xué)表征和分子設(shè)計(jì)等關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，從而合成新結(jié)構(gòu)、高性能多孔催化材料，促進(jìn)石油化工技術(shù)的創(chuàng)新。該項(xiàng)目通過(guò)“產(chǎn)學(xué)研”的緊密結(jié)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(jié)合，凝練并解決多孔催化材料研究中的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。特別通過(guò)發(fā)展催化原位表征技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在原子和分子層次對(duì)催化材料結(jié)構(gòu)以及催化反應(yīng)機(jī)理本質(zhì)的認(rèn)識(shí)，對(duì)于促進(jìn)多孔材料的創(chuàng)新及催化技術(shù)的提升具有重要的意義。通過(guò)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(chǔ)理論與催化研究新方法等方面均取得了重要的進(jìn)展。根據(jù)項(xiàng)目專(zhuān)家的建議，項(xiàng)目組將主要研究工作和重要進(jìn)展進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)，并匯編成這本學(xué)術(shù)著作。本書(shū)內(nèi)容較為豐富，并具有重要的參考價(jià)值。該書(shū)的出版將對(duì)我國(guó)材料科學(xué)、催化科學(xué)，特別是石油化工催化技術(shù)的研究提供有益的參考。

內(nèi)容概要

《新結(jié)構(gòu)高性能多孔催化材料》是《國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃》項(xiàng)目“新結(jié)構(gòu)高性能多孔催化材料創(chuàng)制的基礎(chǔ)研究”的系統(tǒng)總結(jié)。涉及多孔催化材料孔結(jié)構(gòu)調(diào)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(yīng)用等內(nèi)容，包括含骨架雜原子的亞納米孔催化材料、多級(jí)復(fù)合孔催化材料、有機(jī)一無(wú)機(jī)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(yīng)控制相轉(zhuǎn)移及選擇氧化多孑L催化材料、催化材料原位動(dòng)態(tài)譜學(xué)表征、催化新材料合成的分子設(shè)計(jì)與方法等方面的研究進(jìn)展。    《新結(jié)構(gòu)高性能多孔催化材料》內(nèi)容豐富、專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)，對(duì)于從事上述專(zhuān)業(yè)的科研人員具有重要的參考價(jià)值，也可以供相關(guān)專(zhuān)業(yè)的教師、研究生和高年級(jí)大學(xué)生參考。

書(shū)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(yīng)用現(xiàn)狀　　1.2.1 多孔催化材料在低碳烯烴生產(chǎn)中的應(yīng)用　　1.2.2 多孔催化材料在芳烴生產(chǎn)中的應(yīng)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(yīng)用　1.3 新結(jié)構(gòu)高性能多孔催化材料創(chuàng)制的基礎(chǔ)研究　　1.3.1 活性中心的調(diào)變　　1.3.2 孔結(jié)構(gòu)的調(diào)變　　1.3.3 催化材料的原位動(dòng)態(tài)譜學(xué)表征　　1.3.4 催化新材料合成的分子設(shè)計(jì)　1.4 多孔催化材料研究展望　參考文獻(xiàn)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(jī)理的研究　　2.2.4 分子篩氮化的計(jì)算研究　　2.2.5 含氮分子篩的催化性能　2.3 有機(jī)一無(wú)機(jī)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(chǔ)　　2.3.3 甲胺雜化沸石的酸堿性質(zhì)　　2.3.4 MFI沸石與甲胺相互作用機(jī)制　　2.3.5 MFI沸石與其他胺類(lèi)分子的雜化作用　　2.3.6 FAU沸石與胺類(lèi)分子的雜化作用　　2.3.7 有機(jī)一無(wú)機(jī)雜化MFI沸石醇類(lèi)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?fàn)顩r　　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(jī)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(yīng)　2.5 含鈦雜原子分子篩的設(shè)計(jì)合成及液相氧化反應(yīng)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(yīng)　　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(xiàn)第3章 多級(jí)復(fù)合孔催化材料　3.1 共結(jié)晶分子篩結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的特異性及其合成控制規(guī)律研究　　3.1.1 MwW／FER共結(jié)晶分子篩　　3.1.2 BE&／MOR共結(jié)晶分子篩　　3.1.3 MFI／／MOR共結(jié)晶分子篩　3.2 介孔－微孔結(jié)構(gòu)多孔催化材料合成新方法研究　　3.2.1 聚陽(yáng)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(yīng)　3.3 ZSM－5分子篩擇形催化與甲苯選擇性歧化　　3.3.1 化學(xué)修飾與分子篩擇形催化　　3.3.2 化學(xué)修飾與分子篩酸性　　3.3.3 化學(xué)修飾與分子篩孔道性質(zhì)　　3.3.4 化學(xué)修飾對(duì)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(jié)構(gòu)的新型分子篩(SRZ－21)合成表征及苯與丙烯烷基化反應(yīng)　　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(fù)合結(jié)構(gòu)催化材料的合成與表征　　3.5.1 介孔－大孔復(fù)合結(jié)構(gòu)的合成策略　　3.5.2 介孔－大孔復(fù)合結(jié)構(gòu)氧化物材料　　3.5.3 介孔－大孔復(fù)合結(jié)構(gòu)金屬磷酸鹽和膦酸鹽材料　　3.5.4 應(yīng)用前景與存在問(wèn)題　參考文獻(xiàn)第4章 有機(jī)－無(wú)機(jī)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(yīng)控制相轉(zhuǎn)移及選擇氧化多孔催化材料第7章 催化材料的原位動(dòng)態(tài)譜學(xué)表征第8章 催化新材料合成的分子設(shè)計(jì)與方法參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：1.2.1 多孔催化材料在低碳烯烴生產(chǎn)中的應(yīng)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(chǎn)原料，其需求量一直很高。傳統(tǒng)的乙烯和丙烯生產(chǎn)方法是采用非催化的蒸汽裂解工藝，該工藝存在著反應(yīng)溫度高、能耗高、烯烴收率較低，同時(shí)副產(chǎn)大量低附加值的碳四烯烴等問(wèn)題。近年來(lái)，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(kāi)發(fā)低能耗、低物耗、利用新資源生產(chǎn)低碳烯烴新工藝已成為其技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，這些技術(shù)包括FCC增產(chǎn)丙烯技術(shù)，烯烴裂解制乙烯、丙烯技術(shù)以及以煤或天然氣為資源的甲醇制烯烴技術(shù)等，上述技術(shù)均采用具有擇形性能的沸石類(lèi)多孔材料作為催化劑。最近，Bellussi和Pollesel對(duì)沸石在生產(chǎn)低碳烯烴技術(shù)中的應(yīng)用進(jìn)行了綜述。1.2.1.1 FCC增產(chǎn)丙烯催化劑及工藝技術(shù)FCC工藝主要用于生產(chǎn)汽油、柴油、煤油等成品油，同時(shí)可生產(chǎn)少量的丙烯（3％～6％）和乙烯（1％一2％），通過(guò)對(duì)催化劑和工藝的改進(jìn)，可提高丙烯的收率，其中催化劑的改進(jìn)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(yīng)機(jī)理。研究表明，添加劑的加入，使得催化裂化過(guò)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(yīng)的烴類(lèi)碳陽(yáng)離子在ZSM一5分子篩上進(jìn)一步裂化生成低碳烯烴，從而抑制了在Y型沸石上的氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)，可以增加低碳烯烴的收率和汽油的辛烷值，當(dāng)FCC催化劑的ZSM一5分子篩添加組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到10％時(shí)，丙烯收率（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）可以達(dá)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(shí)，會(huì)帶來(lái)重油組分收率增加，因此對(duì)催化劑和反應(yīng)工藝改進(jìn)工作不斷進(jìn)行，在催化劑方面主要是通過(guò)對(duì)ZSM一5分子篩的改性，提高其活性，同時(shí)調(diào)變催化劑的孔徑分布，提高反應(yīng)分子與催化活性中心接觸幾率，如GraceDavison公司開(kāi)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(yīng)工藝方面，主要是通過(guò)提高反應(yīng)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(guó)石油化工股份公司（簡(jiǎn)稱(chēng)中國(guó)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(fèi)一托合成等工藝的副產(chǎn)物，通過(guò)選擇性裂化可將其轉(zhuǎn)化為丙烯產(chǎn)物，提高附加值，同時(shí)解決丙烯需求增加的矛盾。近10年來(lái)，該工藝技術(shù)的開(kāi)發(fā)是國(guó)際石油化工行業(yè)以及相關(guān)學(xué)術(shù)研究機(jī)構(gòu)研究的熱點(diǎn)，并已取得良好的進(jìn)展，目前已開(kāi)發(fā)的工藝包括：KBR公司的Supexnex工藝。

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《新結(jié)構(gòu)高性能多孔催化材料》由中國(guó)石化出版社出版。

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