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介孔材料担载贵金属加氢脱硫反应性能研究

周峰  
【摘要】: 柴油馏分深度加氢脱硫(HDS)给催化剂开发提出了新的挑战,要求催化剂具有更高的加氢性能,以满足对柴油馏分中活性较低的二苯并噻吩(DBT)和4,6-二甲基二苯并噻吩(4,6-DMDBT)的脱硫需求。本文从全硅MCM-41型介孔材料入手,开发了一系列具有高加氢性能的酸性介孔材料、强酸型复合介孔材料和包覆型介微孔复合材料担载的Pd和Pt贵金属系HDS催化剂。结合XRD、N2吸附、XRF、TEM、STEM、H2化学吸附和吡啶吸附FTIR等物理化学表征技术,对担载型贵金属催化剂以及载体的结构进行表征,探讨了载体对担载的贵金属催化剂HDS反应性能的影响,并对贵金属催化剂的活性中心本质进行了原理性的探讨。 通过对比γ-Al2O3、SiO2、Si-MCM-41和Al-MCM-41担载的Pd和Pt催化剂对DBT和4,6-DMDBT的HDS反应性能上的差别,发现载体不仅仅起到承载和分散贵金属的作用,并对贵金属HDS反应性能有很大影响。研究发现,增强载体酸性可以显著提高Pd和Pt催化剂对DBT和4,6-DMDBT的HDS活性。 分别以硫酸铝、异丙醇铝和α-Al2O3·5H2O作为铝源合成出三种Al-MCM-41。通过吡啶吸附FTIR、NH3-TPD和异丙苯裂化反应对比了Si-MCM-41和三种Al-MCM-41样品酸性的差异,在载体孔道对DBT和4,6-DMDBT不存在扩散限制的前提下,系统地讨论了载体酸性对Pd和Pt催化剂HDS反应性能的影响。载体酸性的作用如下:(1)增强贵金属催化剂对DBT和4,6-DMDBT的芳环加氢能力;(2)在含硫氛围下有效抑制贵金属颗粒的聚结;(3)削弱贵金属与硫间的成键,使真实贵金属催化剂表面维持更多的类金属加氢活性中心。 采用偏硅酸钠处理成型HZSM-5沸石方法合成出一系列强酸型复合介孔材料ZM,考察了ZM系列载体担载Pd和Pt催化剂对DBT的HDS反应性能。由于孔壁中含有沸石次级结构单元,ZM表面具有大量的B酸中心,表现出更高的IPB裂化活性。ZM系列Pd和Pt催化剂的HDS反应活性强烈依赖于载体表面酸中心密度,当投料SiO2/Al2O3比为60时,即ZM(60)担载的Pd和Pt催化剂的HDS活性最高。同具有相似化学组成的Al-MCM-41作载体的贵金属催化剂相比,ZM(60)担载的贵金属催化剂展现了更高的对DBT和4,6-DMDBT的HDS活性。 分别以十六烷基三甲基溴化铵(CTABr)和十六烷基三甲基氯化铵(CTACl)为模板剂,考察了这两种不同模板剂对包覆型MCM-41/HY复合材料的影响。以CTABr为模板剂时,可以合成出具有清晰核/壳结构的包覆型复合材料MY(Br),其内核是由HY沸石组成,表面附晶生长了厚度约为20 nm的一层Si-MCM-41,且Si-MCM-41的介孔孔道是由内向外生长的。而采用CTACl作为模板剂合成的复合材料MY(Cl),部分HY沸石仅仅被Si-MCM-41所包埋,几乎没有附晶生长现象发生。提出合成这种包覆型材料的关键是通过CTA+-Br--H+-Y途径实现模板剂胶束与HY沸石的有效键连。 对比了MY(Br)和Si-MCM-41与HY沸石组成的混合型材料MY(M)担载的Pd催化剂对DBT和4,6-DMDBT的HDS反应性能。由于MY(Br)独特的核/壳形貌和特征孔道分布以及形成的溢流氢参与的“自清洁”机制,Pd/MY(Br)表现出更高的HDS活性和优越的反应稳定性。通过分别以DBT、DBT的反应中间体及其脱硫产物作为反应原料,考察了它们在HDS反应条件下的反应行为,提出了一种更适合于酸性载体担载贵金属催化剂的DBT加氢脱硫反应网络,确定裂化产物和异构产物都来自于DBT加氢路径脱硫产物环己烷基苯(CHB)的进一步转化。


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