甲醇制芳烃反应过程中纳米ZSM-5 分子筛催化剂性能演变与结构性质的关系研究

李 晗 ，付廷俊 ，张亮亮 ，马 倩 ，崔丽萍 ，李 忠

（太原理工大学 煤科学与技术教育部和山西省重点实验室，山西 太原 030024）

芳烃，特别是苯、甲苯和二甲苯，是极其重要的有机化工基础产品，广泛应用于合成聚合物、燃料和农药等领域[1-4]。当前中国芳烃需求巨大，对外依存度高。芳烃的生产过度依赖于石油路线的石脑油裂解和催化重整等[5,6]。中国煤炭资源相对丰富，煤制甲醇已经实现工业化。基于规模化生产的甲醇为原料合成芳烃，能实现煤路线出发的芳烃合成，促进煤炭高效清洁转化利用的同时，也能促进芳烃的自主稳定生产[7]。

ZSM-5 分子筛有良好的水热稳定性、有序的微孔孔道结构和较强的酸性，催化甲醇制芳烃（MTA）时体现出相对较高的芳烃选择性，是该反应的重要催化剂[8-10]。然而，ZSM-5 表面酸结构复杂，催化过程涉及反应众多，产物分布广泛，限制了芳烃选择性的提升[11]。另外，ZSM-5 规整有序的微孔孔道会限制反应分子的扩散，容易造成积炭，覆盖酸性位甚至堵塞孔道，造成催化剂极易失活[12,13]。反应产品选择性低和催化稳定性差，是MTA 反应存在的关键问题[14]。

研究发现，通过调控ZSM-5 催化剂的形貌和尺寸，可以优化MTA 反应性能[15]。Shen 等[16]以Silicalite-1 为晶种合成了纳米棒状ZSM-5，其外比表面积是传统催化剂的1.2 倍。负载Zn 后芳烃选择性从60%提高至70%。Choi 等[17]通过双季铵模板剂合成厚度为2 nm 薄层分子筛，缩短扩散路径促进产物向外扩散，延缓了积炭的形成，催化寿命从6 d 提高至25 d。Shen 等[18]以石英纤维作为硅源，通过控制b 轴和c 轴生长，合成了纤维空心形貌ZSM-5，催化寿命为45 h，高于常规ZSM-5 的20 h。……