取向胶囊结构MFI分子筛整体式催化剂的制备及其甲苯甲醇烷基化性能研究

In the research field of methylation of toluene, the design and development of the monolithic zeolite catalyst with capsular structure are of considerable interest not only scientifically but also industrially. In the present research, monolithic catalysts prepared from carbon templated mesoporous zeolite (ZSM-5) particles will be considered as core of capsular structure, and silica film will be pre-coated. The formation mechanism of b-oriented silicalite-1 film will be investigated in detail in order to explore new way to synthesize mesoporous zeolite monolithic catalyst with oriented capsular structure. In the present research, through characterization and temperature programmed desorption study of catalysts, the mass diffuse mechanism in the monolithic catalyst with oriented capsular structure will be discovered, which combining with the results of alkylation of toluene with methanol to reveal the advantages of mesoporous zeolite monolithic catalyst with oriented capsular structure in overcoming the "adverse effects".

甲苯甲基化用分子筛催化剂的设计与开发研究中，取向胶囊结构整体式催化剂模型的提出对维持对二甲苯高选择性的同时提高甲苯甲醇转化率，具有重要的科学意义和应用价值。本研究中，以碳模板合成介孔沸石分子筛（ZSM-5），制备的整体式催化剂为核相,采用氧化硅预涂层技术，探究合成b-轴取向高硅MFI分子筛（Silicalite-1）膜的影响因素，提供制备取向胶囊结构MFI分子筛整体式催化剂的新方法。本研究中，通过催化剂表征及气相反应研究，揭示胶囊结构整体式催化剂中物料的扩散机理，并结合甲苯甲醇烷基化反应结果，探究整体式核相中介孔结构对甲苯甲醇转化和b-轴取向沸石膜对二甲苯选择性的影响机理，为解决甲苯甲醇择形烷基化催化的"逆向效应"提供思路。

本项目研究以制备“取向胶囊结构整体式MFI沸石分子筛催化剂”为目的，包括（1）ZSM-5分子筛形貌可控合成、（2）介孔ZSM-5的合成、（3）b-轴取向MFI分子筛膜的合成和（4）生物微胶囊法制备球形整体式沸石分子筛催化剂等研究内容。.首先，在乙醇+模板剂（TPA）体系中，考察了含有羟基的有机小分子对沸石分子筛产物的影响，实现了ZSM-5晶粒形貌的可控合成，得到结晶度高、形貌均一、尺寸1~2 μm、六角板状的ZSM-5分子筛；.其次，以氧化纳米碳为模板剂，制备出介孔ZSM-5分子筛，结果表明通过表面氧化可以提高碳纳米颗粒的亲水性，进而缩小介孔孔径分布范围至5-18nm，其甲苯歧化催化性能与工业分子筛相当；.再次，在玻璃载体上，以壳聚糖/氧化硅复合膜为预涂层，采用原位水热合成法，制备出高度b-轴取向MFI分子筛晶种层，为制备b-轴取向MFI型分子筛膜提供了一种有效途径；.最后，在壳聚糖溶液中，分散工业ZSM-5分子筛，采用生物微胶囊法，滴球成型，得到毫米尺度的整体式ZSM-5沸石分子筛，通过水热处理，进一步提高分子筛球的尺寸稳定性，进而提供了一种具有小尺寸、高机械强度和多级孔结构的球形整体式催化剂的制备方法。