歐世盛注射泵應用案例：北京低碳院 Ni/HZSM-5 催化劑制備及應用研究

　更新時間：2025-11-12　點擊量：593

2025年10月，《高校化學工程學報》在知網(wǎng)網(wǎng)絡題為《Ni/HZSM-5催化劑的制備及其在2-甲基-2-丁烯齊聚反應中的應用》的文獻。該文獻對 Ni/HZSM-5 催化劑的制備工藝、結構性能及其在烯烴齊聚反應中的應用進行了深入研究。歐世盛為該研究提供了設備支持。研究團隊采用其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)定流量輸送至反應器，為催化活性評價實驗的順利開展提供了保障。

01導圖

02實驗方法

>>>>實驗材料

實驗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?）、*（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，均購自國藥化試。

>>>>制備方式

HZSM-5 采用誘導劑法水熱合成。先將硅溶膠與 TPAOH 經(jīng)室溫攪拌 2h、100℃烘24h、冷卻制得誘導劑；再將硅溶膠、去離子水、NaAlO?、NaOH 混合攪拌，加入誘導劑攪拌2h后裝入壓力容彈，180℃烘箱中保持 40h；產(chǎn)物經(jīng)過濾、洗滌、干燥后，通過 NH??離子交換（80℃下用 5wt% NH?Cl 溶液交換 2 次）、過濾、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、過濾、干燥后，550℃焙燒 3h，制得 Ni 負載量分別為 0.85%、1.39%、1.88% 的 Ni/HZSM-5 催化劑。

>>>>表征手段

采用多種手段對催化劑物理化學性質(zhì)進行表征。XRD（Rigaku D/max-2600/pc，Cu Kα 輻射，2θ=5°~50°）分析晶體結構；XRF（Rigaku ZSX Primus II）測定元素組成；N?吸附 / 脫附（Micromeritics ASAP 2020）計算比表面積與孔體積；NH?-TPD（Auto-Chem II 2920）分析酸強度與酸量；Py-IR（Bruker Vertex 70）識別酸類型；SEM（FEI Nova Nano SEM 450）觀察形貌。

>>>>評價方式

在微型固定床反應器（內(nèi)徑 10mm）中進行，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)量流量計以 18mL?min?1 通入；反應溫度 250℃，系統(tǒng)壓力 3.0MPa。

反應產(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 檢測器 + 5A 分子篩柱，C?-C?烴用 FID 檢測器 + PLOT Al?O?/KCl 毛細柱）；液相產(chǎn)物用安捷倫 5977 GC/MSD 離線分析（質(zhì)譜檢測器 + J&W HP-PONA 毛細柱）。

03實驗結果

>>>>表征結果

形貌結構方面，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 拓撲結構，NiSO?在分子篩表面均勻分散；隨 Ni 負載量增加，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℃）與中強酸（350~550℃）中心；Ni 負載使酸強度降低，弱酸量增加、中強酸量減少，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。

>>>>性能評價結果

所有催化劑 2 - 甲基 - 2 - 丁烯轉化率均超 80%，隨 Ni 負載量先升后降，0.85% Ni 樣品轉化率最高，1.39% Ni 樣品轉化率低于 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；過量 Ni（1.39%、1.88%）使 Lewis 酸過多，裂化反應加劇，C??以下產(chǎn)物增加，高碳數(shù)產(chǎn)物選擇性降低。

04研究結論及意義

采用誘導劑法水熱合成了納米ZSM-5微晶聚集體，既保留了納米級晶體在晶內(nèi)擴散方面的優(yōu)勢，又具有微米級產(chǎn)物在工業(yè)生產(chǎn)上易于分離的特點。同時，該合成方法只有在誘導劑制備環(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，在降低酸強度的同時，產(chǎn)生了新的Lewis酸，并可以通過Ni的負載量調(diào)節(jié)Br?nsted酸和Lewis酸的比例，進而改變催化劑的性能。

低 Ni 負載量的 Ni/HZSM-5 催化劑在 2-甲基-2-丁烯齊聚反應中可以促進高碳數(shù)產(chǎn)物的選擇性，繼續(xù)增加 Ni 負載量會造成分子篩比表面的減小影響轉化率，并形成過多的 Lewis 酸導致齊聚反應過程中裂化能力增強而降低高碳數(shù)產(chǎn)物選擇性，因此，可以通過 Ni/HZSM-5 酸性的調(diào)節(jié)開發(fā)適合不同餾分段產(chǎn)品的催化劑。

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

05主要圖表

表 1：HZSM-5 和 Ni/HZSM-5 催化劑的結構性質(zhì)