ZSM-23是一種具有MTT型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的微孔分子篩,其孔道結(jié)構(gòu)為水滴狀的十元環(huán)一維直通道,尺寸約為0.45×0.56 nm。因其獨(dú)特的單方向通道特性及可調(diào)變的酸性,而廣泛應(yīng)用于異構(gòu)降凝脫蠟、醇制烯烴等領(lǐng)域。近期,大連理工大學(xué)化工學(xué)院梁長(zhǎng)海教授團(tuán)隊(duì)采用骨架外鐵改性ZSM-23分子篩,制備了Pt/xFe/ZSM-23雙功能催化劑,并將其應(yīng)用于十六烷加氫異構(gòu)反應(yīng)中,相關(guān)結(jié)果發(fā)表在Industrial & Engineering Chemistry Research (2022, 61, 279-286. DOI: 10.1021/acs.iecr.1c04065)。
穆斯堡爾譜(圖1)結(jié)果顯示:骨架外Fe含量決定了其物種組成,在低含量(< 1.98 wt %)時(shí)Fe物相主要為HO-Fe(III)-O-Fe(III)-OH)和[Fe(OH)2]+;而當(dāng)Fe含量大于1.98wt%時(shí),主要為Fe2O3顆粒聚集體。由于骨架外Fe物種相組成的區(qū)別,進(jìn)而導(dǎo)致了Br?nsted濃度、Pt金屬分散性及還原能力產(chǎn)生了差異,HO-Fe(III)-O-Fe(III)-OH)和[Fe(OH)2]+的存在促進(jìn)了總Br?nsted濃度和弱酸位點(diǎn),并提高了Pt可還原性和分散性;而Fe2O3聚集體則包裹了Br?nsted中心,降低了酸濃度及Pt分散度。
圖1 紫外-可見(jiàn)漫反射光譜(a)及常溫57Fe穆斯堡爾譜圖(b)
通過(guò)引入適量非骨架Fe物種可以適當(dāng)?shù)恼{(diào)變ZSM-23分子篩的酸性分布以及其理化性能,同時(shí)Fe與金屬活性組分Pt之間的相互作用促進(jìn)了Pt粒子的分散及還原;而非骨架Fe含量過(guò)高則導(dǎo)致分子篩表面易形成團(tuán)聚程度較高的氧化鐵顆粒,覆蓋其酸性位點(diǎn),進(jìn)而影響Pt雙攻能催化劑的加氫異構(gòu)性能。Pt/1.98Fe/ZSM-23雙功能催化劑顯示出了較為優(yōu)異的加氫異構(gòu)性能,其異構(gòu)總收率最高可達(dá)80wt%。
圖2 樣品中Fe物種組成示意圖及非骨架Fe含量對(duì)異構(gòu)性能的影響
以上研究成果作為內(nèi)封面論文發(fā)表在化學(xué)工程領(lǐng)域重要期刊Industrial & Engineering Chemistry Research,第一作者為陳玉晶博士,唯一通訊作者為梁長(zhǎng)海教授。研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金(22038008)、遼寧省“興遼英才計(jì)劃”項(xiàng)目(XLYC1908033)、中央高?;究蒲袑?zhuān)項(xiàng)資金(DUT2021TB03)的資助。
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