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TS-1分子筛催化剂的增效成型方法研究进展

2023-12-04 来源:汇智旅游网
2014年第16期第41卷总第282期广东化工www.gdchem.com87TS.1分子筛催化剂的增效成型方法研究进展徐保明1,韩洋洋1,张杰1,裴智山1,胡欢1,胡云2,陈坤p(1.湖北工业大学化学与化工学院,湖北武汉430068:2.金澳科技(湖北)化工有限公司,湖北潜江433132)【摘要】综述了TS一1分子筛催化剂的成型方法,包括喷雾干燥成型法、挤条成型法、直接焙烧成型法、直接成型法与原位负载成型法等,分析了不同方法成型的TS.I催化剂的机械强度、催化性能的影响。[关键词】Ts一1分子筛催化剂;增效成型:喷雾干燥;原位负载【中图分类号]TQ426.68[文献标识码”[文章编号11007—1865(2014)16-0087—02MethodsofResearchonTS一1ModifiedMolecularSieveCatalystXuBaomin91,HartYangyan91,ZhangJiel,PeiZhishanl,HuHuanl,HuYun2,ChenKunl’(1.SchoolofChemistryandChemicalEngineering,HubeiUniversityofTechnology,Wuhan430068;2.Jinao(Hubei)Science&TechnologyChemicalIndustryCo.,Ltd.,Qianjiang433132,China)Abstract:ThemoldingmethodsofTS一1molecularsievecatalystwerereviewed,includingspray—drying,extruding,dkeetroastingandin-situloading.ThemechanicalstrengthandcatalyticperformanceofTS-1moldingcatalystsfordifferentmethodsw既eanalyzed.够well∞theProsandcons.Keywords:TS・・1molecularsievecatalyst:benefieiatedmolding;spray・-drying;extruding;in・-situloading1983年Taramassor等【l】首次宣布将Ti原予成功导入纯硅分子筛骨架中,合成了氧化钛硅分子筛TS.1,由于其良好的催化氧化活性、选择性和独特的择形催化功能,应用于氧化反应过程具有低能耗、零排放和反应条件温和等特点,被认为是环境友好型催化剂的典型代表。实际工业应用TS.1催化剂多为原粉,但不足之处在于:原粉粒径过小,反应后分布在物料体系中,难以很好地分离;虽然目除了加入成型助剂,刘国清等人Il驯将TS.1原粉、Si02和有机助剂混合,并逐滴加入稀硝酸和硅溶胶,得到圆柱状成型催化剂。为了提高催化剂的机械强度,张永强等【l4J以氢氧化铝粉代替纳米氧化铝制备了含35%嗡0%氧化铝的TS.1催化剂。斯特芬・哈森察尔掣15】将TS.1、黏结剂和成膏剂制成可成型组合物,得到了成型催化剂,能够满足工业固定床反应器的应用要求。挤条成型法制造费用低、生产效率高、可连续大批生产,但对成型技术要求较高,需针对具体的反应类型和物料特性不断实验以确定最佳成型条件。113油柱成型法前发明了一种新技术——膜过滤技术,但成本太高【2】。制备大颗粒TS.1催化剂来提高生产效率,目前主要有两种方法——后成型法和原位成型法。1后成型法后成型法,即先合成出TS一1细粉,然后将其与成型助剂混合,通过喷雾成型、挤条成型或直接焙烧成型等方法制得一定粒径的TS—l催化剂。加入无机黏结剂可提高机械强度;加入有机黏结剂可增加混合物的黏度.提高其可塑性13J;加入分散剂,可增加分散度;加入造孔剂,可形成二次孔14J。1.1喷雾干燥成型法喷雾干燥成型法[51是利用喷雾干燥的原理,将晶化后的TS.1与助剂混合,然后以雾状形式喷入干燥室,得微球状催化剂。Belussi等16l将TS.1均匀分散在硅溶胶中,使Si02分布于晶体外层,再经喷雾干燥制成高强度微球。但制备过程中大量使用TPAOH,成本较高,不能较好地满足工业需求。油柱成型法【51是利用溶胶在适当的pH、浓度下发生凝胶化的特性,使溶胶在煤油等介质中滴下,借表面张力的作用形成球滴,再凝胶化成小球。由此获得的TS—1分子筛孔容较大,强度较高。郭洪臣等【16t通过在油柱成型过程中引入活性炭纤维和硼酸制得成型的TS.1催化剂。这种成型方法仅对具有凝胶化性质的铝胶、硅胶、硅铝胶等特殊物料适用。1.4纤维催化剂成型方法郭洪臣等【17】将聚合材料放在溶剂中溶解成纺丝溶液,再将分子筛粉体放入其中,制备成均匀浆料后喷成丝状,活化得到纤维状载体成型的TS.1。该方法获得了高比表面积的纤维催化剂,提高了转化率;但其工艺复杂,不适合工业化生产。w.H.Onimus等[71将晶化焙烧后的Ts.1与黏结剂混合,然后通过球磨机或气流粉碎机将其平均粒径缩小,再进行喷雾干燥成型。通过该方法制得多孔性微球,粒径均匀,机械性能相对提高,催化性能增强。Morales等佯J将Ti02前体或二氧化钛与水或醇混合,再加入TS.1原粉形成悬浮体,通过雾化装置将该悬浮体破碎,在干燥气体中流化产生微球,然后在惰性气体保护下焙烧制得成型微Edrick1.5直接焙烧成型法王亚权等(18】提出了直接焙烧成型法。即将盐酸、TS—1分子筛细粉、正硅酸乙酯、乙二醇.丙二醇.乙二醇共聚物混匀成浆态物,焙烧,得到TS.1催化剂。本方法简化了操作程序,增加了工业化的可实施性。2原位成型法原位成型法就是在水热合成体系中直接合成大颗粒TS.1催化剂或负载成型催化剂。该制备方法简单、节省成本、催化剂利用率高。2.1直接成型法球。喷雾干燥成型法增大了TS.1催化剂的粒径,解决了以往原粉分离难、不易回收等问题,易于操作,纯度较高。但仍存在缺点:当热风温度较低时,不利于热交换;另外,该法制备的成型微球用于流化床反应时,催化剂损失率高,工艺投资成本较高。1.2挤条成型法挤条成型法【5j是将水、黏合剂与TS.1粉料充分混匀,送至挤出机,在外部挤压力的作用下以圆柱形或其他不规则形状挤出,再经适当切割、整形,获得长度范围较广的成型催化剂。王祥生等【lo】将水热合成的TS.1焙烧后与造孔剂和硅溶胶混刘月明掣”】在常规合成体系中引入晶化助剂制得TS一1微球。该催化剂机械强度好,制备过程无需采用特殊工艺要求,易于工业化实施;但合成过程中以TPAOH为模版剂,成本偏高。肖丰收等[201以H:o:和异丙醇代替晶化助剂进行水热晶化,制得高活性大块状TS.1分子筛。该催化剂维持了单一晶粒纳米尺寸结构,具有大介孔孔容,对于大分子催化反应具有潜在的应用价值。2.2原位负载成型法原位负载成型法是将TS.1在无机氧化物或多孔材料载体上通过原位晶化制备复合型催化剂。TS.1以微米级厚度的薄层分布于载体上,反应物和产物的扩散路径较短,可有效减少H:02的自合,挤条成型、干燥、焙烧、切粒,所得催化剂选择性较高;但造孔剂过量会使二次孔在高温下形成大孔,降低传质传热性能。郭洪臣等…J在成型体系中加入纤维,焙烧后使其具有贯通孔道,极大地提高了传热传质效率。为进一步提高催化剂的机械强度,郭洪臣等【l副在成型过程中又加入了硼酸。【收稿日期】2014—06—06【基金项目】湖北省教育厅产学研重大项目(CXY2009A010):湖北省自然基金重点项目(2010CDA020):科技部中小企业创业基金(12C26214204453)【作者简介】徐保明(1966一),男,荆卅1人,硕士,副教授,主要研究方向为精细化学品新产品开发与产业化。・为通讯作者。万方数据广东化工88www.gdchem.tom2014年第16期第4l卷总第282期身分解以及产物与溶剂发生的副反应【2”。Rainer718293282.2007—02—27.Sehodel掣“1采用模板剂TPAOH,将钛源和硅源的混合物沉积在金属氧化物上,置于高压釜自生压力下反应。该方法降低了成本,增大了催化剂的尺寸;但TS.1在金属氧化物上直接相互连接,结合强度较差,活性组分易于脱落,从而影响催化性能【23】。李钢等【241采用廉价的硅溶胶代替硅酯,TPABr代替TPAOH,『81EdrickMorales,GuoyiFu,RogerAGrey,eta1.Spray.DriedTransitionMetalZeoliteandItsUse[P1.WO,20097082(A1).2009—08—06.[9]郑路凡,张永强,刘易,等.钛硅分子筛成型的研究进展[J].石油化工,2013,42(7):818-822.【10]q:祥生,李钢,陈涛,等.一种复合催化剂的制各及其应用【P].中国,1346705A.2002—05.01.使Ts.1分子筛在无机氧化物小球上原位生长,制得复合催化剂。该法降低了成本,但会引入杂质AIt25】。刘雅哲等【26J将硅胶微球浸渍于TS.1合成液中,晶化、焙烧后得到成型TS.1,表现出良好的催化性能。[1l】郭洪臣,贾玉华,李海龙,等.一种TS一1钛硅分子筛催化剂的挤条成型方法fPl.中国,103041852A.2013-04—17.介孔陶瓷材料比表面积和负载量较大,较好的抗热冲击和热应力,较大的机械强度,越来越广泛地作为载体制备复合催化剂。周颖等【27l把多孔道圆柱状陶瓷Si02、A1203或堇青石载体进行预处理,将钛酸四丁酯、正硅酸乙酯、TPAOH、异丙醇和蒸馏水的混合液浸渍在上述合成液中,自生压力下晶化,再经冷却、洗涤、干燥、焙烧制得整体型催化剂。该制备方法简单,TS.1与载体结合牢固,催化剂损失少且较稳定,但催化活性偏低。『121郭洪臣,贾玉华,李海龙,等.一种高强度TS一1钛硅分子筛催化剂的挤条成型方法【P】.中国,103041850A.2013.04-17.『13]支U国清,匡继刚,吴剑,等.挤条成型TS一1分子筛催化剂制备及性能表征叨.化学反应工程与工艺,2010,26(1):42.45.【14]张永强,刘易,杜泽学.一种钛硅分子筛催化剂制备方法及其应用[P】.中国,102259023A.2011-11.30.[15】斯特芬-哈森察尔,拉尔夫・扬特克.制备钛硅分子筛成型体的方法[P].中国,1206032C.2005—615.[16]郭洪臣,胡阳,贾玉华,等.一种TS.1钛硅分子筛催化剂的油柱成型方法【P】.中国,103100418A.2013—05—15.【17]郭洪臣,胡阳,贾玉华,等.一种TS.1钛硅分子筛催化剂的纤维催化刘莹拉驯采用TPAOH和TPABr为混合模板剂,制备了粒径更大的分子筛,但催化效率并未得到提高。陈晓晖等【2州采用TPAOH为模板剂,并添加吐温40在堇青石载体上合成的TS.1整体式催化剂。原位负载成型法大大地降低了成本。载体可以较好的传递反剂成型方法[P】.中国,103041853A.2013-04—17.f18]t亚权,孟凡会,张宇,等.粒状钛硅分子筛催化剂方法及制备方法[P].中国,101596463B.2011-01—05.应热,有效降低了活性位点上反应放热导致温度过高致使催化剂失活的可能性。但原位负载成型法还存在一定不足:如涂层稳定性不够;负载量有限等。[19]R0月明,王振东,邓秀娟,等.一种微球TS一1催化剂及其制备方法【P】.中国,102145300B.2012.11.28.[20】肖丰收,单志超,孟祥举,等.具有高活性大块状TS.1分子筛及其合成方法『P1.中国,101696019B.2011-06-08.[2l】LiGang,WangXiangsheng-YanHaisheng,eta1.Epoxida—tionofPropyleneUsingSupposedTitaniumSilicaliteGeyer,eta1.Oxidation3结语目前,催化剂成型主要存在以下问题:稳定性差、催化效率整体偏低、机械强度较弱,难以广泛地应用于工业化生产。喷雾干燥成型法成本较高,挤条成型法技术要求高,这都限制了催化剂成型法的应用。但是如果选择到合适的载体,解决了涂层稳定性问题,原位负载成型法的发展前景将会比较乐观。Catalysts[J].ApplCatal,rthardCatalysts[P].US,5736479.1998・04・07.[23]马瑞平.TS.1整体催化剂的制备及其催化性能的研究[D】.河北:河北科技大学,2012.f24]李钢,王祥生,金长子.一种复合钛硅催化剂及其原位成型制备方法[P].中国,1140348C.2004—03—03.[25]李钢,王祥生,闰海生,等.钛硅分子筛中铝杂质对其性能的影响[J】.催化学报,2001,22(5):65-468.参考文献『1]MarcoTaramassor,GiovanniPerego,Bl'HnoNotari.PreparationofPorouSyntheticCrystallineMaterialComprisedofSiliconandTitaniumOxides『P1.US。4410501.1983.10.18.[26]刘雅哲,肖剑白,盖鸿玮,等.硅胶微球负载钛硅分子筛Ts—l催化剂的制备及对苯氧化合成苯酚的催化性能【J】.应用化学,2011,28(6):667.671.[2】吴剑,邓乾红,袁霞,等.钛硅分子筛一次成型的方法【P】.中国,102614911A:2012—08-01.『3]SerranoBasedDP,SanzR,PizarroP,eta1.PreparationTS.1ZeoliteforTheirofEx—tradedCatalystsinPropyleneonApplication『27]周颖,张香文,范双双,等.氯丙烯环氧化用整体型Ts一1催化剂的制各方法『P1.中国,1830564.2006—09—13.[28]刘莹.Ts.1整体式催化剂的制备及在环己酮氨肟化反应中的应用fDl.天津:天津大学,2008.Epoxidation[J1.CatalToday,2009,143(11:151.157.[4】成卫国,王祥生,李钢,等.钛硅分子筛挤条成型催化剂研究阴.大连理工大学学报,2004,44(4):482-485.【51朱洪法.催化剂成型技术[J].石化化工,198l,10(11):770—776.『6]Belussi,Giuseppe,eta1.Catalyston山eBasisofSiliconandTitaniumHavingHighMechanicalStrength[P1.EP,0200260A2.1986.04一18.『7]WilsonHOnimus,BemardCooker,Edrick.CatalystPreparation[P1.US,f29]陈晓晖,蔡丽蓉。魏可镁.钛硅分子筛膜的合成及其催化性能的研究叨.化工进展,2004,23(11):1222,1225.(本文文献格式:徐保明,韩洋洋,张杰,等.TS-1分子筛催化剂的增效成型方法研究进展[J].广东化工,2014,41(16):87—88)(上接第85页)今后主要研究方向:(1)对现有的绿色阻垢剂近一步的完善,ThereoflPl.US635577lBl,2002.『6]BenedictJJ,BushRD,SunbergRJ.Oralcompositionsandmethodsforreducingdentalcalculus[P1.US4846650,1989—07.11.加强其合成研究,对其合成工艺进行优化,达到合成方法更简单,合成时间更短,耗费成本更低,能有效的应用到水处理过程中去的目标:(2)力flA新的物质对现有绿色阻垢剂进行复配改性,得到【7]宋彦梅.绿色阻垢剂的研究现状及应用进展Ⅲ.工业水处理,2005,25(9):8-12.[8]PerezCameroG,CongregadoE,BouJ,eta1.Biosynthesisandultrasonicdegradationofbacterialpoly(Tglutamicacid)[J].JBouBiotechBiocng,1999,63(1):110—115.阻垢效率更高的产品;(31响应国际号召,研制无磷或低磷等的副作用低的绿色阻垢剂。参考文献[1】闵恩泽,傅军.绿色化学的进展【J】.岩矿测试,1999,18(2):81—85.【2】张尔赤,刘延平,孔炎炎.等.绿色环保型聚天冬氨酸阻垢剂合成与阻[9】WoodLL,CaltonGJ.Mixturesofiooly(aminoacids)andcitrate:US,5389303[P1.1995-02一14.垢性能[J】.工业水处理,2012,32(6).[3】杨士林,黄君礼,张玉玲,等.马来酸酐合成聚天冬氨酸及其分子量对[10]田中寿计.冷却水处理剂:JP,200104871IA[P].2001—02—20.[11]景中建.聚谷氨酸的合成方法及应用【J].广东化工,2011,38(2):228—229.阻垢性能的影响m.现代化工,2003.12:26—29.HighWeiglltMolecularWeightPolyasparticAcidFormMaleicAnhydrideandAmmonia[P].US5219952,1993.[5]OdaYoshihisa,eta1.MethodforProductionThereofandUseLarryPoly—succinimideandHi【gh[4]KoskanP,eta1.ProductionofMolecular(本文文献格式:白莎,向檗,朱莹.绿色阻垢剂的研究进展和发展方向[J].广东化工,2014,41(16):85)万方数据TS-1分子筛催化剂的增效成型方法研究进展

作者:作者单位:

徐保明, 韩洋洋, 张杰, 裴智山, 胡欢, 胡云, 陈坤, Xu Baoming, Han Yangyang, ZhangJie, Pei Zhishan, Hu Huan, Hu Yun, Chen Kun

徐保明,韩洋洋,张杰,裴智山,胡欢,陈坤,Xu Baoming,Han Yangyang,Zhang Jie,Pei Zhishan,Hu

Huan,Chen Kun(湖北工业大学化学与化工学院,湖北武汉,430068), 胡云,Hu Yun(金澳科技(湖北)化工有限公司,湖北潜江,433132)广东化工

Guangdong Chemical Industry2014,41(16)

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