歐世盛注射泵應(yīng)用案例：北京低碳院 Ni/HZSM-5 催化劑制備及應(yīng)用研究

　更新時(shí)間：2025-11-12　點(diǎn)擊量：116

2025年10月，《高校化學(xué)工程學(xué)報(bào)》在知網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)題為《Ni/HZSM-5催化劑的制備及其在2-甲基-2-丁烯齊聚反應(yīng)中的應(yīng)用》的文獻(xiàn)。該文獻(xiàn)對(duì) Ni/HZSM-5 催化劑的制備工藝、結(jié)構(gòu)性能及其在烯烴齊聚反應(yīng)中的應(yīng)用進(jìn)行了深入研究。歐世盛為該研究提供了設(shè)備支持。研究團(tuán)隊(duì)采用其HP-10 型雙注射高壓恒流輸液泵，將2-甲基-2-丁烯液體原料以穩(wěn)定流量輸送至反應(yīng)器，為催化活性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)的順利開(kāi)展提供了保障。

01導(dǎo)圖

02實(shí)驗(yàn)方法

>>>>實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)所用材料均為分析純，包括中性硅溶膠（SiO?含量 30%、pH=7、Na?O 含量 0.1%）、偏鋁酸鈉（NaAlO?）、氫氧化鈉（NaOH）、四丙基氫氧化銨（TPAOH，含量 25%）、氯化銨（NH?Cl）、六水合硫酸鎳（NiSO??6H?O）及 2 - 甲基 - 2 - 丁烯，均購(gòu)自國(guó)藥化試。

>>>>制備方式

HZSM-5 采用誘導(dǎo)劑法水熱合成。先將硅溶膠與 TPAOH 經(jīng)室溫?cái)嚢?2h、100℃烘24h、冷卻制得誘導(dǎo)劑；再將硅溶膠、去離子水、NaAlO?、NaOH 混合攪拌，加入誘導(dǎo)劑攪拌2h后裝入壓力容彈，180℃烘箱中保持 40h；產(chǎn)物經(jīng)過(guò)濾、洗滌、干燥后，通過(guò) NH??離子交換（80℃下用 5wt% NH?Cl 溶液交換 2 次）、過(guò)濾、干燥及 550℃焙燒 3h，得到 HZSM-5 分子篩。

Ni/HZSM-5 采用浸漬法合成。將 HZSM-5 樣品分別加入 1.0wt%、3wt%、5.0wt% 濃度的 NiSO?水溶液，80℃攪拌 0.5h，經(jīng)洗滌、過(guò)濾、干燥后，550℃焙燒 3h，制得 Ni 負(fù)載量分別為 0.85%、1.39%、1.88% 的 Ni/HZSM-5 催化劑。

>>>>表征手段

采用多種手段對(duì)催化劑物理化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行表征。XRD（Rigaku D/max-2600/pc，Cu Kα 輻射，2θ=5°~50°）分析晶體結(jié)構(gòu)；XRF（Rigaku ZSX Primus II）測(cè)定元素組成；N?吸附 / 脫附（Micromeritics ASAP 2020）計(jì)算比表面積與孔體積；NH?-TPD（Auto-Chem II 2920）分析酸強(qiáng)度與酸量；Py-IR（Bruker Vertex 70）識(shí)別酸類(lèi)型；SEM（FEI Nova Nano SEM 450）觀察形貌。

>>>>評(píng)價(jià)方式

在微型固定床反應(yīng)器（內(nèi)徑 10mm）中進(jìn)行，催化劑裝填量 5.0g。2 -甲基- 2 -丁烯經(jīng)歐世盛 HP-10 雙注射高壓恒流輸液泵以 0.05mL?min?1 流量注入，N?經(jīng)質(zhì)量流量計(jì)以 18mL?min?1 通入；反應(yīng)溫度 250℃，系統(tǒng)壓力 3.0MPa。

反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng) 4.0℃冷阱氣液分離，氣相產(chǎn)物用島津 2014 氣相色譜儀在線分析（H?/N?/CO/CO?用 TCD 檢測(cè)器 + 5A 分子篩柱，C?-C?烴用 FID 檢測(cè)器 + PLOT Al?O?/KCl 毛細(xì)柱）；液相產(chǎn)物用安捷倫 5977 GC/MSD 離線分析（質(zhì)譜檢測(cè)器 + J&W HP-PONA 毛細(xì)柱）。

03實(shí)驗(yàn)結(jié)果

>>>>表征結(jié)果

形貌結(jié)構(gòu)方面，HZSM-5 為 2μm 左右球形聚集體，微晶尺寸 50nm 左右；Ni 引入未破壞 MFI 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，NiSO?在分子篩表面均勻分散；隨 Ni 負(fù)載量增加，比表面積（HZSM-5 為 427m2?g?1，1.88% Ni 樣品為 354m2?g?1）與微孔體積降低，外比表面積與介孔體積先增后減。

此外，HZSM-5 有弱酸（180~220℃）與中強(qiáng)酸（350~550℃）中心；Ni 負(fù)載使酸強(qiáng)度降低，弱酸量增加、中強(qiáng)酸量減少，Lewis 酸酸量顯著提升（HZSM-5 為 0.017mmol?g?1，1.88% Ni 樣品為 0.069mmol?g?1），Br?nsted 酸先增后減。

>>>>性能評(píng)價(jià)結(jié)果

所有催化劑 2 - 甲基 - 2 - 丁烯轉(zhuǎn)化率均超 80%，隨 Ni 負(fù)載量先升后降，0.85% Ni 樣品轉(zhuǎn)化率最高，1.39% Ni 樣品轉(zhuǎn)化率低于 HZSM-5（因 Ni 阻塞孔道影響傳質(zhì)）。

HZSM-5 的 C??（二聚產(chǎn)物）選擇性最高；0.85% Ni 樣品 C??（三聚產(chǎn)物）選擇性最高，高碳數(shù)產(chǎn)物占比提升；過(guò)量 Ni（1.39%、1.88%）使 Lewis 酸過(guò)多，裂化反應(yīng)加劇，C??以下產(chǎn)物增加，高碳數(shù)產(chǎn)物選擇性降低。

04研究結(jié)論及意義

采用誘導(dǎo)劑法水熱合成了納米ZSM-5微晶聚集體，既保留了納米級(jí)晶體在晶內(nèi)擴(kuò)散方面的優(yōu)勢(shì)，又具有微米級(jí)產(chǎn)物在工業(yè)生產(chǎn)上易于分離的特點(diǎn)。同時(shí)，該合成方法只有在誘導(dǎo)劑制備環(huán)節(jié)使用TPAOH，模板劑用量低，有效降低了原料成本。

采用浸漬法在HZSM-5分子篩中引入Ni物種，使催化劑的酸性發(fā)生明顯變化，在降低酸強(qiáng)度的同時(shí)，產(chǎn)生了新的Lewis酸，并可以通過(guò)Ni的負(fù)載量調(diào)節(jié)Br?nsted酸和Lewis酸的比例，進(jìn)而改變催化劑的性能。

低 Ni 負(fù)載量的 Ni/HZSM-5 催化劑在 2-甲基-2-丁烯齊聚反應(yīng)中可以促進(jìn)高碳數(shù)產(chǎn)物的選擇性，繼續(xù)增加 Ni 負(fù)載量會(huì)造成分子篩比表面的減小影響轉(zhuǎn)化率，并形成過(guò)多的 Lewis 酸導(dǎo)致齊聚反應(yīng)過(guò)程中裂化能力增強(qiáng)而降低高碳數(shù)產(chǎn)物選擇性，因此，可以通過(guò) Ni/HZSM-5 酸性的調(diào)節(jié)開(kāi)發(fā)適合不同餾分段產(chǎn)品的催化劑。

該研究為探索Ni/HZSM-5在烯烴齊聚反應(yīng)中的應(yīng)用提供了新思路。未來(lái)可根據(jù)目標(biāo)產(chǎn)物餾分需求，通過(guò)調(diào)節(jié) Ni 負(fù)載量定制催化劑，從而為煉化副產(chǎn)物（低碳烯烴）高值化轉(zhuǎn)化及可持續(xù)航空燃料等綠色燃料生產(chǎn)提供技術(shù)支撐。

05主要圖表

表 1：HZSM-5 和 Ni/HZSM-5 催化劑的結(jié)構(gòu)性質(zhì)