文献综述(或调研报告):
生物质快速热解的产物中,含有大量的有机成分,其中,具有苯环结构的芳香烃类产物(如苯、甲苯)是化工行业的重要原料,具有极高的化学价值,从可再生的生物质资源中获取这些高价值产物也成了众多学者所感兴趣的研究方向之一。
在国内外学者所研究的众多催化剂中,ZSM-5催化剂凭借其独特的椭圆形十元环通道,而具备了对产物的选择通过性,同时,表面的酸性位点使得它在催化裂解反应中拥有极大的优势。在催化过程中,主要存在着两种反应的形式:分子筛将生物油催化裂解为烷烃,并将其芳构化,以及将含氧化合物被直接脱氧形成芳香族化合物。催化剂内部的硅铝比对最终反应产物的产量以及选择性起着重要的影响作用,铝含量过高会增加催化剂的亲水性,使得表面的B酸位点变得过于密集,影响到催化剂的催化效果。俞宁等发现,硅铝比为50的HZSM-5分子筛催化剂能够对油菜秸秆热解所制得的的生物油起到较好的催化效果,并获得最高含量的酚类产物。
为了增强HZSM-5分子筛的芳烃选择性以及抗结焦性,研究人员设计了负载非硅原子,增加酸性中心,调节酸碱性以及孔道结构的办法。对于HZSM-5的改性主要是金属浸渍的改性办法。通过金属盐溶液的浸渍以及程序升温的办法,将金属的氧化物或氮化物负载于催化剂的孔道内,常见的负载金属有Ni,Zn,Co,Mo等,负载了金属的改性催化剂的催化效果均有了一定程度的优化。
ZSM-5分子筛虽然具备良好的耐酸、耐热性,但是其微孔孔道阻碍了大分子物质进入孔腔发生进一步裂解反应,在孔腔内生成的大分子物质也无法及时逸出,从而形成结焦而使催化剂失活,目前,介孔分子筛催化剂凭借较大的孔径在一定程度上改善了积炭的问题。不同于微孔分子筛,介孔材料的催化活性以及选择性受到孔径尺寸、酸性强度、颗粒粒径等多方面因素的综合影响。虽然介孔分子筛催化剂具有微孔分子筛所不具备的优点,但其水热稳定性较差,且价格昂贵,如何选出催化效果好,芳烃选择性高,寿命长的催化剂仍是亟需攻克的一个难题。
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