《催化原理》综合实验2009.doc

《催化原理》综合实验通过四个实验,了解掌握催化剂制备的基本技能和催化剂表征的基本方法, 巩固和加深对教学内容的理解。实验一催化剂 HZMS-5 的改性处理实验二催化剂活性的测定实验三程序升温脱附法( TPD )测定催化剂的酸性质实验四 BET 法测催化剂表面积实验一催化剂 HZMS-5 的制备目的: 了解和掌握 ZSM-5 分子筛催化剂的基本结构、性能及其改性方法催化剂是化学工业的核心,一种催化剂的开发,将会对工业起到革命性的变革,并伴随着巨大的经济效益。分子筛催化剂在催化裂化中的应用就是最好的例证。因此,催化新材料的开发和应用具有极其重大的理论和实际意义。以 ZSM - 5 分子筛为代表的分子筛材料,是具有独特三维孔道结构的一类特殊催化剂材料,它是由 Mobil 公司在 70年代开发的高硅三维交叉孔道的新结构沸石。它的发达的孔道结构和其较强的表面酸性质,赋予了它对绝大多数的酸催化反应表现出较高的催化性能;图 1为 ZSM - 5 分子筛的孔道结构示意图。它含有两种交叉的孔道体系,其一为平行于 100 面的正弦型孔道,气孔道口的形状近似于圆形; 另一为与 010面平行的直通道其孔道开口处形状为椭圆形。分子筛的催化性能源于其骨架上的 Si-O 四面体被 Al-O 四面体的同晶取代而产生的剩余电荷。因为剩余电荷的存在,表面通常具有 B 酸性的 OH 基团,或者 OH 基团经脱水生成的 L酸性中心,即具有固体酸性,并且这些酸性中心大都位于分子筛的孔道内。催化剂的制备称取 HZSM-5 分子筛(SiO 2 /Al 2O 3 =38) 约 5 克,用蒸馏水浸泡、洗涤数次, 图1 ZSM-5 分子筛的孔道结构示意图离心分离后,于 110 ℃干燥箱中干燥过夜。将干燥的分子筛装入压片模具(约 6 毫米高度),用液压机加压( 10吨压力约 2分钟)成型,将压制的片状分子筛取出,放入陶瓷研钵中用研磨棒敲碎。将 60 目和 80 目的分样筛取出,以 60目、 80 目和底座的顺序罗列在一起,将粉碎的催化剂放到最上层分样筛上,盖上上盖并筛动;待小颗粒流入下一层后,取出上层筛中的大颗粒继续粉碎。中间层中的颗粒即为需要的 60- 80 目的样品;下层底座中的细小颗粒再放入压片模具中压片、粉碎,重新粉碎筛分。将中间 60-80 目的细颗粒取出待用。实验二催化剂活性的测定活性是评价催化剂好坏的一个重要指标,本实验以甲苯歧化反应为探针反应,来考察催化剂的催化活性。一、甲苯歧化反应以甲苯歧化反应为模型反应,在微型反应器装置上对催化剂的活性进行评价。反应器的反应管为不锈钢管,内径 8mm ,长 310 mm ,甲苯由高压泵按一定流量进料,采用高纯氮为载气,流量由转子流量计控制,温度由温控仪通过插到催化剂床层内的热电偶来控制。反应温度为 440-480 ℃,反应压力为常压,催化剂装填量为 1g,甲苯流速为 1ml/h ,氮气流速为 10ml/min 。催化剂在 120 ℃脱水 1 小时,然后程序升温到反应温度,稳定 2小时后,产物用 GC211 毛细管色谱定量。催化剂性能的主要评价指标如下: 甲苯转化率为:X=1-液体产物中甲苯的质量分数临二甲苯选择性为:S=液体产物中临二甲苯的质量与液体产物中混合二甲苯的质量之比二、分析方法 GC211 毛细管气相色谱, 30mm * *0.