磷鋁化合物-蒙脫土復(fù)合材料的制備及其催化性能研究.pdf

1、蒙脫土是一種具有2:1型層狀硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)的天然礦物質(zhì)。由于其具有良好的膨脹性、陽(yáng)離子交換性、吸水性、觸變性、粘結(jié)性、吸附性等一系列很有價(jià)值的物理化學(xué)特性，而被廣泛地應(yīng)用在石油、冶金、污水處理等行業(yè)中，被人們譽(yù)為萬(wàn)能材料。蒙脫土是很好的固體酸催化劑材料負(fù)載底物，利用其可膨脹性以及層間陽(yáng)離子交換性，通過(guò)吸附陽(yáng)離子負(fù)載試劑到層間，在層間形成無(wú)數(shù)酸性中心，可以得到具有易分離、易活化的有機(jī)反應(yīng)催化劑。
　　 雖然蒙脫土具有上述的眾多優(yōu)點(diǎn)

2、，但是，由于蒙脫土其自身熱穩(wěn)定性很差，高溫焙燒時(shí)層板結(jié)構(gòu)容易塌陷，這大大的抑制了其在酸催化劑領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。
　　 磷酸鋁(AlPO-n)系列分子篩是一系列具有微孔晶體結(jié)構(gòu)的新型分子篩材料，是首次通過(guò)人工制備出的不含二氧化硅骨架結(jié)構(gòu)的分子篩。磷酸鋁分子篩具有良好的熱穩(wěn)定性和水熱穩(wěn)定性；通過(guò)改變組成，其酸性及酸中心數(shù)量可以調(diào)變；分它具有可調(diào)變的孔徑范圍，非常有利于對(duì)特定大小分子的選擇性吸附；規(guī)則的孔道使其具有擇形催化性，催化選擇

3、性高。隨著研究的深入，其作為催化劑、吸附劑將被越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于石油化工和精細(xì)化工領(lǐng)域。
　　 本文以改善蒙脫土固體酸催化劑的熱穩(wěn)定性，提高其催化性能為目標(biāo)，綜合應(yīng)用離子交換以及相似相容性，成功地將制備磷鋁分子篩的合成材料引入到蒙脫土層間，制備了磷酸鋁分子篩-蒙脫土復(fù)合材料。有效地提高了蒙脫土固體酸催化劑的熱穩(wěn)定性；通過(guò)從二維層狀結(jié)構(gòu)到三維孔道結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，切實(shí)提高了材料自身?yè)裥未呋奶匦浴?br>　　 運(yùn)用粉末X射線衍射(XRD

4、)、傅利葉變換紅外光譜(FT-IR)、場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FE-SEM)等多種近現(xiàn)代測(cè)試手段，對(duì)蒙脫土-磷鋁分子篩復(fù)合材料的晶體結(jié)構(gòu)、微觀形貌以及催化裂化性能進(jìn)行了全面系統(tǒng)地分析和表征。
　　 本文采用不同的水熱環(huán)境(水體系、醇體系)合成了磷酸鋁分子篩-蒙脫土復(fù)合材料，并且系統(tǒng)考察了不同柱撐劑、模板劑、原料及原料配比、體系pH值、土/鋁比例、分散方式、投料順序、表面活性劑包覆方式以及反應(yīng)時(shí)間和溫度等參數(shù)對(duì)于最終材料晶體結(jié)構(gòu)、微觀形貌

5、等特性的影響效果。
　　 為了進(jìn)一步考察磷鋁化合物體系與蒙脫土復(fù)合材料的催化性能。本文還通過(guò)Al交聯(lián)、Si柱撐等手段，對(duì)蒙脫土進(jìn)行柱撐處理，通過(guò)將原料引入，在此層板間形成磷鋁化合物體系，制備了磷鋁化合物-蒙脫土復(fù)合材料。并對(duì)其結(jié)構(gòu)、性能等特性進(jìn)行分析。
　　 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：采用磷酸鋁分子篩插層蒙脫土制備的蒙脫土復(fù)合材料，其X射線衍射光譜譜圖中，同時(shí)存在磷酸鋁分子篩(AlPO4-5)以及蒙脫土的XRD標(biāo)準(zhǔn)衍射特征峰，其場(chǎng)發(fā)

6、射掃描電鏡數(shù)據(jù)中未發(fā)現(xiàn)土層外部有六棱柱型結(jié)晶物質(zhì)的出現(xiàn)，據(jù)此可以確定，磷酸鋁分子篩在合成過(guò)程中確實(shí)嵌入到了蒙脫土的層間結(jié)構(gòu)。在制備的過(guò)程中，陽(yáng)離子表面活性劑通過(guò)離子交換作用進(jìn)入到蒙脫土層間，為磷酸鋁分子篩在層間的形成提供了寬廣的空間，保證反應(yīng)原料可以最大限度地進(jìn)入層間，使得合成反應(yīng)順利進(jìn)行。
　　 用本文的方法制備的磷酸鋁分子篩-蒙脫土復(fù)合材料，采用高壓動(dòng)態(tài)反應(yīng)釜進(jìn)行催化劑催化裂化反應(yīng)評(píng)價(jià)(反應(yīng)條件為250℃、常壓攪拌、反應(yīng)時(shí)間

7、2h)，對(duì)蠟油的催化裂化轉(zhuǎn)化率為81.86％，對(duì)餾分一和餾分二的選擇性分別為40.48％和59.52％。
　　 通過(guò)對(duì)蒙脫土進(jìn)行Si柱撐處理，為合成反應(yīng)提供了較大的蒙脫土層間反應(yīng)空間，并在此基礎(chǔ)上合成了磷鋁化合物-蒙脫土復(fù)合材料體系。硅柱撐蒙脫土的介孔微孔結(jié)構(gòu)在催化裂化中起到擇形催化的作用，而在介孔硅柱撐蒙脫土中引入磷鋁化合物則可提供更多酸性位。采用高壓動(dòng)態(tài)反應(yīng)釜進(jìn)行催化劑催化裂化反應(yīng)評(píng)價(jià)(反應(yīng)條件為250℃、常壓攪拌、反應(yīng)時(shí)間