磷鋁化合物-蒙脫土復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構的天然礦物質。由于其具有良好的膨脹性、陽離子交換性、吸水性、觸變性、粘結性、吸附性等一系列很有價值的物理化學特性，而被廣泛地應用在石油、冶金、污水處理等行業(yè)中，被人們譽為萬能材料。蒙脫土是很好的固體酸催化劑材料負載底物，利用其可膨脹性以及層間陽離子交換性，通過吸附陽離子負載試劑到層間，在層間形成無數酸性中心，可以得到具有易分離、易活化的有機反應催化劑。
　　 雖然蒙脫土具有上述的眾多優(yōu)點

2、，但是，由于蒙脫土其自身熱穩(wěn)定性很差，高溫焙燒時層板結構容易塌陷，這大大的抑制了其在酸催化劑領域的應用和發(fā)展。
　　 磷酸鋁(AlPO-n)系列分子篩是一系列具有微孔晶體結構的新型分子篩材料，是首次通過人工制備出的不含二氧化硅骨架結構的分子篩。磷酸鋁分子篩具有良好的熱穩(wěn)定性和水熱穩(wěn)定性；通過改變組成，其酸性及酸中心數量可以調變；分它具有可調變的孔徑范圍，非常有利于對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、吸附劑將被越來越廣泛地應用于石油化工和精細化工領域。
　　 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，綜合應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；通過從二維層狀結構到三維孔道結構轉變，切實提高了材料自身擇形催化的特性。
　　 運用粉末X射線衍射(XRD

4、)、傅利葉變換紅外光譜(FT-IR)、場發(fā)射掃描電鏡(FE-SEM)等多種近現代測試手段，對蒙脫土-磷鋁分子篩復合材料的晶體結構、微觀形貌以及催化裂化性能進行了全面系統(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時間和溫度等參數對于最終材料晶體結構、微觀形貌

5、等特性的影響效果。
　　 為了進一步考察磷鋁化合物體系與蒙脫土復合材料的催化性能。本文還通過Al交聯(lián)、Si柱撐等手段，對蒙脫土進行柱撐處理，通過將原料引入，在此層板間形成磷鋁化合物體系，制備了磷鋁化合物-蒙脫土復合材料。并對其結構、性能等特性進行分析。
　　 實驗結果表明：采用磷酸鋁分子篩插層蒙脫土制備的蒙脫土復合材料，其X射線衍射光譜譜圖中，同時存在磷酸鋁分子篩(AlPO4-5)以及蒙脫土的XRD標準衍射特征峰，其場發(fā)

6、射掃描電鏡數據中未發(fā)現土層外部有六棱柱型結晶物質的出現，據此可以確定，磷酸鋁分子篩在合成過程中確實嵌入到了蒙脫土的層間結構。在制備的過程中，陽離子表面活性劑通過離子交換作用進入到蒙脫土層間，為磷酸鋁分子篩在層間的形成提供了寬廣的空間，保證反應原料可以最大限度地進入層間，使得合成反應順利進行。
　　 用本文的方法制備的磷酸鋁分子篩-蒙脫土復合材料，采用高壓動態(tài)反應釜進行催化劑催化裂化反應評價(反應條件為250℃、常壓攪拌、反應時間

7、2h)，對蠟油的催化裂化轉化率為81.86％，對餾分一和餾分二的選擇性分別為40.48％和59.52％。
　　 通過對蒙脫土進行Si柱撐處理，為合成反應提供了較大的蒙脫土層間反應空間，并在此基礎上合成了磷鋁化合物-蒙脫土復合材料體系。硅柱撐蒙脫土的介孔微孔結構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。采用高壓動態(tài)反應釜進行催化劑催化裂化反應評價(反應條件為250℃、常壓攪拌、反應時間