کاتالیزور HZSM-5 برای ایزومریزاسیون هیدروفرمینگ کاتالیزور ZSM-5

مقاومت در برابر اسید

زئولیت ZSM-5 مقاومت اسیدی خوبی دارد ، در برابر اسیدهای مختلف به جز اسید هیدروفلوئوریک مقاوم است.

نسبت خال: 15-1000
فرم اسمی کاتیون: آمونیوم / هیدروژن

سدیم₂O وزن: 0.05
مساحت سطح ، متر²/ g:450

ZSM-5

غربال مولکولی ZSM-5 دارای ویژگی های منحصر به فرد و استثنایی است ، که به طور گسترده ای در فرآیندهای مهم و برنامه های کاربردی در طیف گسترده ای از صنایع استفاده می شود.ZSM-5 که در تبدیل متانول به بنزین و گازوئیل و همچنین تصفیه روغن معمولاً مورد استفاده قرار می گیرد ، در واکنش هایی مانند ایزومریزاسیون زایلن ، عدم تناسب تولوئن و آلکیلاسیون تولوئن و غیره در هنگام تعویض یا اصلاح یون ، H-ZSM- برتر از کاتالیزورهای اسید جامد آمورف است. 5 زئولیت را می توان بدست آورد که دارای قابلیت انتخاب پذیری پیشرفته نیز می باشد.در مجموع ، قابلیت کاربرد بالای این زئولیت ، آن را به ماده ای کاملاً ضروری در بسیاری از صنایع تبدیل می کند.

معرفی

غربال مولکولی ZSM-5 یک زئولیت آلومینو سیلیکات بسیار سیلیسی است که دارای یک سیستم کانال متقاطع و سه بعدی است.فرمول شیمیایی آن ، NanAlnSi96-nO192 · 16H2O ، ترکیب سلول واحد زئولیت را نشان می دهد.در این فرمول ، متغیر n ، می تواند از 0 تا 27 باشد. این بدان معنی است که نسبت مقدار مولکول های سیلیکون و مولکول های آلومینیوم را می توان در یک محدوده بسیار بزرگ با تعداد کل مولکول های سیلیکون و آلومینیوم در 96.1،2 تغییر داد.

ZSM-5 یک کاتالیزور انتخابی شکل با ساختار منحصر به فرد است ، و یکی از مهمترین مواد ریز متخلخل است که با ساختار منافذ حلقه 10 عضوی (10-MR) مشخص می شود.کوکوتایلو و همکارانساختار ZSM-5 را در سال 19783 گزارش داد و شرح ساختاری ZSM-5 در جدول در شکل 1 نشان داده شده است.

چارچوب ZSM-5 شامل یک پیکربندی جدید از tetrahedra متصل است ، که واحدهای اولیه ساخت سیستم های کانال سه بعدی در ساختارهای زئولیت هستند.واحد ساختمانی ثانویه که از این تتراهدراها تشکیل می شود ، آرایش 5-1 را نشان می دهد ، یکی از ویژگی های اصلی Pentasil Zeolites ، که به وسیله آن حلقه های اکسیژن 5 عضوی تشکیل می شود.چهارده تتراهدرا با هم ترکیب می شوند و یک واحد فرعی (که به آن واحد پنتازیل گفته می شود) با هشت چهره تشکیل می شود که همگی پنج ضلعی هستند.واحدهای فرعی پنج ضلعی دارای تقارن 41 متر مربع (D2d) هستند و نتایج پیوند خطی این واحدها در تشکیل زنجیره های گسترش یافته در امتداد محور z است.ساختار چارچوب موازی با جهت گیری <010> و <100> در شکل 2.4 نشان داده شده است

شکل 1. شرح سازه ای ZSM-5 Zeolite

چارچوب ZSM-5 شامل دو مجموعه کانال 10-MR است که از طریق شبکه عمود بر یکدیگر اجرا می شوند.یک مجموعه کانال مستقیم با مقطع کمی بیضوی (5.2 5. 5.7 Å) و کانالهای دیگر به صورت زیگ زاگ (سینوسی) با مقطع دایره ای (5.3 5. 5.6 Å) اجرا می شوند .5

شکل 2. ساختار چارچوب

پراش اشعه X (XRD) یک تکنیک قدرتمند و به راحتی در دسترس برای تعیین آرایش های اتمی درون یک زئولیت است.مانند هر ماده بلوری دیگر ، زئولیت ZSM-5 الگوهای منحصر به فرد پراش را نشان می دهد.چنین تجزیه و تحلیل XRD برای شناسایی ساختار مفید است.تجزیه و تحلیل XRD برای ZSM-5 پنج قله مشخصه را نشان می دهد ، همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است ، که ساختار MFI را به وضوح نشان می دهد.

شکل 3. تجزیه و تحلیل XRD زئولیت ZSM-5

تصاویر SEM از ZSM-5 با توجه به روش سنتز و پیش سازها تغییر می کند.چندین شکل و فرم مختلف ZSM-5 برای خرید در فروشگاه آنلاین ACS Material موجود است.

سنتز

از زمانی که غربال مولکولی ZSM-5 با موفقیت سنتز شد و عملکرد عالی آن در کاربردها کشف شد ، محققان به طور خستگی ناپذیری روی توسعه روش های مختلف تولید ZSM-5.6-8 کار کرده اند. در حال حاضر محبوب ترین روش های سنتز ZSM-5 تقریباً می تواند به سه دسته زیر تقسیم می شود: سنتز در آمین های آلی و سیستم های آمین غیر آلی.سنتز در سیستم های بار؛و سنتز در سیستم های آب گرمایی / سیستم های غیر آب گرمایی. 9-12 اگرچه روش های فوق الذکر الگوهای مختلفی را شامل می شوند ، اما مواد اولیه (از جمله منابع مختلف سیلیکون و منابع آلومینیوم) و اصول همان یکسان باقی می مانند.ساختار مواد اولیه برای ایجاد ساختارهای کانال منافذ منحصر به فرد که به عنوان غربال های مولکولی می شناسیم ، مرتب شده است. 13-14

نسبت TPA + و SiO2 / Al2O3 دو فاکتور مهمی هستند که بر سنتز الک مولکولی ZSM-5 تأثیر می گذارند.قلیایی بودن مخلوط ژل یک پارامتر اضافی است که نقشی غالب دارد.محتوای زیاد سیلیس در این ساختار باعث می شود تا مواد در حل شدن در محیط های بسیار قلیایی حساس باشند.در غلظت های زیاد هیدروکسید ، رشد کریستال و پدیده های انحلال با هم رقابت می کنند و در نتیجه بلورهای کوچکتری تشکیل می شوند.

مطالعات نشان داده است که ماهیت به آسانی قابل تبلور زئولیت ZSM-5 از سیستم های ژلی می تواند با استفاده از عوامل مختلف ذوب آلی تشکیل شود.ون در گاگ نشان می دهد که ، 6-هگزاندیول ، 1،6-هگزاندیامین ، 1-پروپانول ، 1-پروپیلامین و پنتا آریتریتول همگی تشکیل این ساختار را تشویق می کنند.کاتیون TPA + در این حالت یک افزودنی ترجیحی به مخلوط سنتز است ، زیرا به شدت تشکیل ساختار ZSM-5 را نسبت به وسیع ترین دامنه نسبت های SiO2 / Al2O3 تشویق می کند.افت این روش اما شامل هزینه بالای مواد افزودنی ، خوردگی و نیاز به حذف مواد افزودنی قبل از استفاده از زئولیت برای فعالیت کاتالیزوری آن است.تلاش برای سنتز زئولیت ZSM-5 از یک محیط ژل فاقد الگو انجام شده است و گزارش شده است که برخی نتایج منجر به تولید ماده بسیار بلوری ZSM-5 می شود.تلاش های مداوم برای تولید کارآمد زئولیت های خوب بلوری ZSM-5 با هزینه کم انجام می شود.

برنامه های کاربردی

خاصیت یک زئولیت خاص ZSM-5 به آرایش چارچوب بلوری ، یکنواختی اندازه کانال و اسیدیته آن بستگی دارد.زئولیتهای ZSM-5 دارای منافذ یکنواختی هستند که وقتی مولکولهای بزرگتر از اندازه کانال نمی توانند درون زئولیت تشکیل شوند ، به استثنای بعضی اوقات ، در تقاطع ها ، به مزیت می رسد.ابعاد منافذ زئولیت ZSM-5 همچنین برای تشکیل الفین های C7 و C8 و چرخه سازی آنها با ترکیبات معطر مربوطه به طور منحصر به فردی مناسب است.این خاصیت منحصر به فرد ZSM-5 تشکیل ترکیبات معطر دو و سه حلقوی را که پیش سازهای کک هستند ، محدود می کند.

خاصیت خاصی که باعث می شود زئولیت ZSM-5 به ویژه برای کاربردهای تجاری مفید باشد ، انتخاب شکل است.اصطلاح "انتخاب شکل" در سال 1960 توسط وایس و فریلت برای توصیف خصوصیات کاتالیزوری منحصر به فرد غربالهای مولکولی منافذ کوچک ابداع شد. 15 بعد از آن بود که در دسترس بودن محیط مصنوعی زئولیت های منفذ 6 درجه ، قلمرو انتخاب شکل را گسترش داد.در نهایت ، یکنواختی و باز شدن منافذ اندازه متوسط ​​ZSM-5 ، همراه با احتمال تشکیل مولکول های محصول ، باعث شد که زئولیت های خانواده پنتازیل برای تجزیه و تحلیل انتخابی شکل مناسب باشند.زئولیت ZSM-5 از نظر غربالهای مولکولی بسیار متفاوت است زیرا انتخاب شکل آن دامنه دینامیکی بسیار گسترده ای دارد. 16

به طور کلی ، انتخاب شکل را می توان در دسته های زیر طبقه بندی کرد: (1) انتخاب واکنش دهنده (2) انتخاب حالت انتقال محدود و (3) انتخاب محصول.

(1) انتخاب واکنش دهنده

انتخاب واکنش دهنده زمانی است که فقط نوع خاصی از مولکول واکنش دهنده ، اندازه کوچکتر از بقیه ، پخش شده و از طریق منافذ کاتالیزور عبور کند.به عنوان مثال ، فرآیند موم زدایی از Mobil ، یک فرآیند انتخابی به شکل واکنش دهنده است که در آن فقط زنجیره مستقیم یا پارافین های کمی منشعب موجود در یک دستگاه تقطیر قادر به ورود به منافذ ZSM-5 هستند ، جایی که به محصولات سبک تر شکسته می شوند.این محصول "مومی" کمتری را با نقطه ریزش پایین تولید می کند.

(2) محدودیت انتخاب حالت انتقال

این اتفاق زمانی رخ می دهد که هم مولکول های واکنش دهنده و هم مولکول های محصول به اندازه کافی کوچک هستند که از طریق کانال پخش می شوند ، اما واسطه های واکنش بزرگتر از واکنش دهنده ها یا محصولات هستند و به طور خاص محدود می شوند.در این شرایط حالتهای انتقال مولکولی به جای دو مولکولی مورد پسند قرار می گیرند.مهمترین نمونه انتخاب حالت انتقال محدود ، عدم وجود پخت زودهنگام در غربالهای مولکولی نوع ZSM-5 است.این نوع انتخاب شکل نقش عمده ای در ترک خوردگی انتخابی پارافین ها در خانواده زئولیت های ZSM-5 دارد.به عنوان مثال ، سویه استریك مجموعه پیچیده انتقال بزرگتر مورد نیاز برای ترك 3 متیل پنتان در ZSM-5 علت پیشنهادی فعالیت كمتر آن از n-hexane است.تبدیل متانول به بنزین (MTG) یکی دیگر از نمونه های مهم انتخاب حالت شکل گذار است ، جایی که فضای موجود در حفره های ZSM-5 بزرگترین مجموعه واکنش دو مولکولی را تعیین می کند.

(3) انتخاب محصول

این حالت زمانی اتفاق می افتد که برخی از محصولات تشکیل شده در منافذ بسیار حجیم باشند و پخش نشوند و به عنوان محصولات مشاهده شده ظاهر شوند.آنها یا به مولکول های کم حجم تبدیل می شوند (به عنوان مثال با تعادل) یا در نهایت با مسدود کردن منافذ کاتالیزور را غیرفعال می کنند.عدم تناسب m-xylene بهترین مثال در این مورد است.در بین محصولات آلکیله ، بنزن 1 ، 3 ، 5-تری متی ترجیحاً به مولکول محصولات حجیم 1،3،5-تری متی بنزن تبدیل می شود.به همین ترتیب ، در ایزومریزاسیون زایلن ، ایزومر p ترجیحاً در مقایسه با ایزومر o تشکیل می شود.

یکی از خصوصیات انتخابی شکل منحصر به فرد H-ZSM-5 ، گزینش پذیری آن در واکنش های جایگزینی الکتروفیل مانند آلکیلاسیون و عدم تناسب مواد معطر آلکیل است.با تنظیم فعالیت سایت اسید زئولیت و کنترل پارامترهای نفوذ ، می توان از قدرت انتخاب بالا برخوردار بود.

نتیجه

ویژگی های فوق الذکر زئولیت ZSM-5 آن را به یک کاتالیزور بسیار مناسب برای طیف باورنکردنی گسترده ای از فرآیندهای صنعتی از جمله ترک های انتخابی شکل مانند تشکیل M ، تخریب مقطر و فرآیندهای رفع موم روغن تبدیل می کند.فرایندهای عطر سازی مانند شکل گیری M-2 ، سیکلار ، آروفورمینگ و تبدیل متانول به بنزین (MTG) نیز از زئولیت ZSM-5 و همچنین فرآیندهای تبدیل انتخابی شکل مانند ایزومریزاسیون زایلن ، عدم تناسب تولوئن ، سنتز اتیل بنزن و پارا اتیل تولوئن بسیار سود می برند. سنتز.ناگفته نماند که زئولیت ZSM-5 ماده ای بسیار ارزشمند در بسیاری از صنایع در سراسر جهان است.