多级孔分子筛催化剂上废塑料高效催化转化的定向调控

废塑料催化转化制化工原料/高品质液体燃料,在解决白色污染问题同时,可促进废塑料的有效利用和资源化。项目围绕聚乙烯、聚丙烯裂解转化过程,针对聚烯烃大分子在微孔分子筛中的扩散限制、酸性位利用率低和介孔分子筛酸性弱、水热稳定性差等诸多问题,通过以下途径:①碱溶液对ZSM-5分子筛控制刻蚀脱硅及水热处理等手段制备介孔化ZSM-5；②以碱处理ZSM-5滤液中所含硅铝酸盐纳米晶为硅铝源,合成孔壁含ZSM-5结构单元的介孔MCM-41(既避免过程①废液排放,又省去后者合成必需的形成微孔分子筛纳米晶的步骤),构筑微孔-介孔复合的多级孔分子筛并调控其组成、结构及酸性分布,结合其物化性质表征,解决原料及产物分子在介孔中的扩散反应性能和微孔择形催化性能相匹配的关键科学问题,揭示反应机理及催化剂构效关系本质,有效促进聚烯烃催化转化,提高烯烃、芳烃或高品质液体燃料收率,为废塑料有效利用与循环利用提供科技支撑。

研究了多级孔ZSM-5及孔壁含微孔结构单元MCM-41的制备及其在塑料裂解转化过程中的应用，结果表明：.1)微孔ZSM-5分子筛由于其独特的酸性及孔结构，在PE、PP裂解中具有良好的BTX芳烃择形性，C5+中芳烃含量~50%，C3+烃类收率>95%；在相同反应条件下，PP比PE具有更高的裂解反应活性和芳烃收率；.2)通过碱处理-水热处理组合改性制备了多级孔ZSM-5，其适宜的酸性、微孔择形性、以及介孔促进传质扩散性能有机结合，有效促进了PE、PP及其裂解中间体向富芳烃和异构烷烃的高品质清洁燃料组分的定向高效转化：如，以PP为原料，380℃反应条件下在多级孔ZSM-5-AT-ST上，高品质汽油和LPG总收率>98%，其中汽油~62%；汽油中高辛烷值组分芳烃、异构烷烃和烯烃总量>85%(其中芳烃达~54%)，可作为高品质汽油调和组分；.3) 研究了以碱处理ZSM-5溶液为硅铝源或部分硅铝源，以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂，通过溶液中所含微孔结构单元的硅铝酸盐纳米晶溶液自组装、或其与外加硅铝源共组装，制备了孔壁含微孔结构单元的多级孔MCM-41分子筛，XRD、SEM、N2 吸附、NH3-TPD等表征结果表明，所合成样品具有微-介孔复合结构、大的比表面和孔容(分别可达937.6 m2/g，0.91cm3/g)；同时相比Al-MCM-41而言，由于孔壁十元环微孔结构单元的存在，有效提高了其酸量、酸强度和水热稳定性，为其在大分子原料的催化转化中的应用奠定了基础；.4）在塑料裂解转化过程中，所制备的上述多级孔MCM-41有效促进了PE、PP及其裂解中间体的扩散传质及在酸性位上的转化，从而有效加快裂解反应速率并降低裂解转化生成清洁燃料组分反应温度；借鉴上述策略，制备了孔壁含MWW等微孔结构单元的微介孔复合材料，并在PE、PP裂解转化生产清洁燃料过程中表现出较好的性能；.5) 结合工业应用连续生产实际，开发了废旧塑料(催化)裂解+催化改质组合工艺，通过开发催化改质过程副产物烷烃液化气部分循环工艺，有效提高目的产物收率及汽油组成分布：在较优的反应条件下，汽油及液化气收率>98%，其中C5+汽油组分>60%，且其组成以高辛烷值的芳烃和异构烷烃为主；液化气中烯烃含量<5%，满足车用液化气标准，为废旧塑料资源向高品质车用燃料的高效定向转化提供借鉴。