HZSM-5基催化剂的制备及其催化裂解废橡胶轮胎性能的研究

概括：

废旧橡胶轮胎作为不可生物降解物质,对人类和环境存在着潜在的危害,因此其回收利用成为目前重要的研究课题。废旧橡胶轮胎催化裂解可得到具有潜在利用价值的低碳烯烃等产物,被认为是一种非常有前景的废旧橡胶轮胎回收利用方法。HZSM-5分子筛具有强酸性、择形催化性能和优异的稳定性,广泛应用于各类催化反应。因此,筛选制备基于HZSM-5分子筛能使废橡胶轮胎催化裂解获得高低碳烯烃选择性的催化剂具有重要意义。本文研究了SiO_2/比为50的商业化HZSM-5分子筛在废橡胶轮胎催化裂解中的性能；进行了纳米HZSM-5/γ-复合催化剂和HZSM-5/MCM-41复合分子筛催化剂的制备，并考察了以废橡胶轮胎为目的催化裂解制低碳烯烃的性能。主要研究内容和结论如下：首先，采用SiO_2/摩尔比为50的商品HZSM-5分子筛作为催化剂，探究不同剂料比和不同比例的γ-添加剂对废橡胶轮胎催化裂解性能的影响。结果表明，当γ-作为添加剂添加到催化剂中时，其较大的孔径、较高的比表面积和合适的酸含量对HZSM-5催化裂解废橡胶轮胎获得更高的低碳烯烃选择性起重要作用。

当HZSM-5与γ-添加剂的配比为0.5时，低碳烯烃选择性最高，可达25.8%，高于单纯热裂解、不加添加剂时的低碳烯烃选择性。其次，以γ-为载体，制备了纳米HZSM-5/γ-复合催化剂，研究了添加时间、负载量、SiO_2/γ-载体配比对催化剂结构、形貌、酸性及催化性能的影响。结果表明，通过改变γ-载体的添加时间可以制备出不同形貌的催化剂，而通过改变负载量和硅铝比可以调控催化剂的酸性。不同的纳米HZSM-5/γ-催化剂虽然存在差异，但都具备纳米HZSM-5和γ-的特点，而不同于二者的简单混合物。在废橡胶轮胎催化裂解研究中，无论是与单纯热裂解、γ-、HZSM-5分子筛还是γ-与纳米HZSM-5分子筛的物理混合物相比，这三种不同的复合催化剂均表现出更高的低碳烯烃选择性，最高低碳烯烃选择性可达30.5%。最后，以商品HZSM-5分子筛为原料，制备了HZSM-5/MCM-41复合分子筛，并对其结构、形貌和酸性性质进行了分析，并将其作为主催化剂，考察其对废橡胶轮胎的催化裂解性能。

结果表明:与HZSM-5分子筛相比,HZSM-5/MCM-41复合分子筛兼具微孔和中孔,比表面积较大,总酸含量较低;硅铝比为50的HZSM-5/MCM-41复合分子筛对低碳烯烃的选择性较高,而硅铝比为38的HZSM-5/MCM-41复合分子筛可获得较高的“三苯并菲”选择性;在实验条件下,γ-作为添加剂加入到催化体系中,既有分散催化作用,也有促进催化作用,分散作用可降低柠檬烯的选择性,促进作用可获得较高的低碳烯烃选择性。当采用硅铝比为50的HZSM-5/MCM-41复合分子筛作为催化剂时,当HZSM-5/MCM-41与γ-分子筛的配比为0.5∶1时,低碳烯烃选择性可达33.6%。

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