整装式金属纤维@MCM-41分子筛核-壳结构催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种整装式金属纤维@MCM

【技术实现步骤摘要】
整装式金属纤维@MCM
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41分子筛核
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壳结构催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种用于植物油脂气相催化裂化的整装式金属纤维@MCM
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41分子筛核
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壳结构催化剂的制备及其应用，具体涉及一种由整装式金属纤维基体和生长于其上的MCM
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41分子筛层组成的具有三维网络结构的纤维结构化MCM
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41分子筛催化剂及其制备方法，和其在植物油脂气相催化裂化反应中的应用，属于分子筛催化材料和生物质能源高值化利用


技术介绍

[0002]随着社会的不断进步，石油化工行业有了日新月异的发展，在我国的国民经济中占有重要的地位；而随着人口的增加和经济的快速增长，人类对能源的需求也在逐步增加。传统意义上的能源如煤炭、石油、天然气等化石燃料虽然能给人类社会带来巨大的经济效益，但其燃烧之后对环境所产生的污染也是巨大的；此外，这些化石燃料均属于不可再生能源，其储量是有限的。因此，开发替代燃料已迫在眉睫。为有效避免化石燃料燃烧带来的一系列对人类身体以及生态方面的副作用，生物质等可再生清洁能源受到研究者的广泛关注。生物质与石油、煤等化石燃料的主要组成元素大致相同，具有储量丰富、绿色清洁、碳中性等优点。
[0003]使用植物油、地沟油等生物质生产生物燃料具有很多优点，如液体油便于运输、原料可再生、原料易得、产品中芳烃及硫的含量较低、燃烧产物可生物降解等。目前主要有两种途径将生物油脂转化成可再生的液体燃料：一种是通过酯化法或酯交换法将生物油脂转化为生物柴油；另一种是在高温条件下是油脂裂化得到成分与石油类似的烃类物质（Renew.Sust. Energy Rev., 2010, 14, 217
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232）。
[0004]酯化法是醇类与脂肪酸在催化剂的作用下生成脂肪酸酯类的过程，适用于脂肪酸制生物柴油：酯化法使得脂肪酸转化为脂肪酸甲酯，多选用酸性催化剂如H2SO4、C7H8O3S及各种固体酸等。酯交换法是用生物油脂与低碳醇在催化剂的作用下进行酯交换反应，生成相应的脂肪酸单脂再经洗涤干燥制得生物柴油的方法，是目前工业生产生物柴油的主要方法：根据使用的催化剂不同，酯交换法可分为酸催化法、碱催化法、生物酶催化法和超临界酯交换法。
[0005]尽管酯交换法生产生物柴油技术成熟，但该过程中的产物冷凝点较高、低温流动性差、存贮稳定性差仍是不可避免的问题；而催化裂化法不仅可以避免这些问题的出现，还具有操作灵活、生产成本低、产物性质类似于普通汽柴油等优点。催化裂解法是在催化剂与
高温的共同作用下，生物大分子分解为较小分子的工艺过程，过程中将廉价的原料加工成为市场所需要的产品。此外，甘油三酯催化裂化所得到的产物在组成上与生物柴油是有根本变化的：酯交换法所得到的生物柴油主要是长链的脂肪酸酯；而催化裂化所得到的生物燃料则是小分子的烷烃、烯烃、脂肪酸以及羰基化合物的混合物，具有较好的低温流动性和较低的含氧量，在性质与热值方面均与传统的石化柴油接近（Energy Convers. Manage., 2014, 87, 378
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384）。
[0006]因此，利用植物油脂催化裂化来制备生物油脂可极为有效地减轻对于石油等化石能源的依赖性，且对于开发新型生物燃料具有极其重要的意义。通过气相催化裂化技术将植物油脂转化为成分接近于工业生产和生活中应用的汽油和柴油的液体燃料甚至将这种燃料替代汽油和柴油的工艺更是得到了广泛的重视。传统的HZSM
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5型催化剂由于其微孔孔径受到限制，不仅会使得油脂大分子进入微孔孔道的反应受阻，而且会使得反应物和生成物在孔道内的扩散阻力增大从而造成停留时间延长，这可能使植物油脂裂解程度过深而降低目标产物选择性并加速催化剂积碳失活的现象。而作为一种酸性较强的介孔分子筛催化剂，Al
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MCM
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41介孔分子筛可降低油脂大分子和反应产物在孔道内的流通扩散阻力，在植物油脂催化裂化中有较为突出的表现。Ooi Yean Sang等分别以微孔 HZSM
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5分子筛、介孔 MCM
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41 分子筛和复合微孔分子筛为催化剂，对棕榈油进行催化裂化，研究结果表明：催化剂的酸度和孔径对棕榈油裂解的转化率和产物分布有显著影响（Energy Sources, 2003, 25, 859
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869）。
[0007]与此同时，催化裂化反应作为复杂的串行
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平行反应过程，在反应器宏观尺度下也会受限于催化剂床层内的流动和传递过程的制约，进而导致催化剂的活性、选择性、稳定性受到影响。当前，整装式结构催化剂和反应器技术已被广泛证实能显著优化催化剂床层的流体力学行为和热质传递性能，在调控扩散距离和空隙率等方面表现出高度灵活性进而显著提升反应过程的效率、选择性和稳定性。因此，结构化MCM
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41催化剂床层优化的流场和热场分布，以及均一的停留时间分布对于提升催化裂化目标产物选择性，是值得预期的。

技术实现思路

[0008]针对现有技术存在的上述问题，本专利技术提供一种具有择形效果好、稳定性高的整装式金属纤维@MCM
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41分子筛核
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壳结构催化剂及其制备方法和应用，以提高植物油脂催化裂化反应过程中的液态烃类选择性、收率以及抗积碳稳定性。
[0009]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术所述的用于植物油脂气相催化裂化的整装式金属纤维@MCM
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41分子筛核
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壳结构催化剂，是由金属纤维基体和均匀包裹在纤维外表面的MCM
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41分子筛层组成，形成了若干同轴套管式核
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壳结构所构成的三维开放式连续网络结构。
[0010]作为一种优选方案，所述金属纤维为铜纤维、镍纤维、铝纤维、不锈钢纤维或钛纤维。
[0011]作为进一步优选方案，每根金属纤维的直径为2~50微米。
[0012]作为一种优选方案，所述MCM
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41分子筛为Si/Al的摩尔比为2~60的硅铝分子筛或不含铝的纯硅分子筛。
[0013]作为进一步优选方案，所述的MCM
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41分子筛在整装式催化剂中所占的质量百分比
为2~30%。
[0014]作为进一步优选方案，所述MCM
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41分子筛孔径在2~20 nm可调、比表面积为150~300 m2/g、孔道呈六方有序排列。
[0015]一种制备本专利技术所述的金属纤维@MCM
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41分子筛核
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壳结构催化剂的方法，包括如下步骤：a）以整装式金属纤维片作为基体，首先对其进行表面预处理，然后将其浸没于由纳米MCM
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41晶种组成的悬浮水溶液中，制得预涂覆纳米分子筛晶种的整装式金属纤维基体；b）将预涂覆纳米本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种整装式金属纤维@MCM
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41分子筛核
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壳结构催化剂，其特征在于：所述催化剂由整装式金属纤维基体和均匀包裹在金属纤维外表面的MCM
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41分子筛层组成，形成了若干同轴套管式核
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壳结构所构成的三维开放式连续网络结构。2.如权利要求1所述的整装式金属纤维@MCM
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41分子筛核
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壳结构催化剂，其特征在于：所述金属纤维为铜纤维、镍纤维、铝纤维、不锈钢纤维或钛纤维，每根金属纤维的直径为2~50微米。3.如权利要求1所述的整装式金属纤维@MCM
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41分子筛核
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壳结构催化剂，其特征在于：所述MCM
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41分子筛为Si/Al的摩尔比为2~60变化的硅铝分子筛或不含铝的纯硅分子筛，所述MCM
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41分子筛在整装式催化剂中所占的质量百分比为2~30%，所述MCM
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41分子筛孔径在2~20 nm可调、比表面积为150~300 m2/g、孔道呈六方有序排列。4.权利要求1
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3任一所述的整装式金属纤维@MCM
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41分子筛核
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壳结构催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：a）对整装式金属纤维基体进行表面预处理，然后将其浸没于由纳米MCM
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41晶种组成的悬浮水溶液中，制得预涂覆纳米MCM
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41晶种的整装式金属纤维基体；b）将预涂覆纳米MCM
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41晶种的整装式金属纤维基体放入分子筛晶化液中，进行水热晶化生长得到结构化分子筛；c）将制得的结构化分子筛在一定温度下焙烧一定时间得到整装式金属纤维@MCM
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41分子筛核
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壳结构催化剂。5.如权利要求4所述的整装式金属纤维@MCM

【专利技术属性】
技术研发人员：张巧飞，任浩天，朱春山，李亚坤，
申请(专利权)人：郑州轻工业大学，
类型：发明
国别省市：