1.一种纳米ZSM-5分子筛催化剂，其特征在于:所述分子筛催化剂由分子筛和金属组分组成；所述分子筛是一种短b轴、中高硅铝比、少强酸、高Lewis酸量、抗水热失活纳米ZSM-5分子筛；所述纳米ZSM-5分子筛为单晶或者多晶，单晶区域尺寸为50nm-l ymX2nm-300nmX3OOnm-1O μm([100]方向(a 轴)X [010]方向(b 轴)X [001]方向(c 轴));所述ZSM-5分子筛Si/Al摩尔比为30?300，总酸量O?1.lmmol/g，强酸、中强酸、弱酸所占摩尔百分比分别为O?50%、0?80%、0?80%，B/L酸摩尔比为O?0.3 ;所述金属组分的含量占分子筛的质量百分比为O?7%。2.根据权利要求1所述的纳米ZSM-5分子筛催化剂，其特征在于:所述ZSM-5分子筛结构优选为 150nm ?400nmX 20nm ?300nmX 300nm ?3 μ m([100]方向(a 轴)X [010]方向(b轴)X [001]方向(c轴))单晶；所述ZSM-5分子筛酸性优选为Si/Al摩尔比30?150，总酸量0.001?0.9mmol/g，强酸、中强酸、弱酸所占摩尔百分比分别为O?30%，30?80%,30?80%, B/L酸摩尔比为O?0.05。3.根据权利要求1所述的纳米ZSM-5分子筛催化剂，其特征在于:所述金属组分包括但不限于镁、锌、银、镓、钼、钨、铜、锰、镍、铁、铂铬、镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇中的一种或多种，若为多种，则为任意质量百分比混合。4.一种如权利要求1所述分子筛催化剂的制备方法，其特征在于:该方法包括如下步骤: 步骤1:将硅源、铝源、模板剂、结构助剂、添加剂、碱、水按质量比(0.1?1.2):(0.001 ?0.2): (0.02 ?1.8): (O ?0.9): (O ?0.5): (O ?0.05):1 混合、搅拌配制成前驱体水溶液，然后将前驱体水溶液转入合成釜内，密封，在120-200°C温度下晶化24?72h ；将晶化结束后的反应混合物进行固液分离，分离出的固体用去离子水洗涤，在90-120°C下干燥3?24h，最后在450?650°C的空气气氛中焙烧I?10h，得到分子筛原粉； 步骤2:将步骤I制备的分子筛原粉与0.01?6mol/L的铵盐溶液混合搅拌l_24h后，过滤成滤饼，滤饼再次与0.01?6mol/L的铵盐溶液混合搅拌I?24h，过滤，如此重复2?5次后，在90?140°C下干燥I?24h，在450?650°C下焙烧I?10h，得到氢型ZSM-5分子筛； 步骤3:将步骤2所得的氢型ZSM-5分子筛与金属前驱体溶液混合，在90?140°C下干燥，在450?650°C下焙烧I?10h，制得芳构化催化剂，金属前驱体溶液所含金属占分子筛质量的O?7%。5.一种如权利要求1所述分子筛催化剂的制备方法，其特征在于:包括如下步骤: 步骤1:将硅源、铝源、模板剂、结构助剂、添加剂、碱、水按质量比(0.1?1.2):(0.001 ?0.2): (0.02 ?1.8): (O ?0.9): (O ?0.5): (O ?0.05):1 混合、搅拌配制成前驱体水溶液，然后将前驱体水溶液转入合成釜内，密封，在120-200°C温度下晶化24?72h ；将晶化结束后的反应混合物进行固液分离，分离出的固体用去离子水洗涤，在90-120°C下干燥3?24h，最后在450?650°C的空气气氛中焙烧I?10h，得到分子筛原粉； 步骤2:将步骤I制备的分子筛原粉与0.01?6mol/L的铵盐溶液混合搅拌l_24h后，过滤成滤饼，滤饼再次与0.01?6mol/L的铵盐溶液混合搅拌I?24h，过滤，如此重复2?5次后，在90?140°C下干燥I?24h，在450?650°C下焙烧I?10h，得到氢型ZSM-5分子筛； 步骤3:将步骤2所得的氢型ZSM-5分子筛在50?100%水蒸气，550?880°C，0.01?3MPa条件下老化I?17h，得到老化后氢型ZSM-5分子筛； 步骤4:将步骤3所得的老化后氢型ZSM-5分子筛与金属前驱体溶液混合，在90?140°C下干燥，在450?650°C下焙烧I?10h，制得老化后芳构化催化剂，金属前驱体溶液所含金属占分子筛质量的O?7%。6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于:所述步骤I中硅源为硅溶胶、二氧化硅、硅酸盐、正硅酸乙酯中的一种或多种，若为多种，则为任意质量百分比混合；铝源为铝的硝酸盐、碳酸盐、醋酸盐、磷酸盐、酸式盐或氧化铝、铝溶胶、拟薄水铝石中的一种或多种，若为多种，则为任意质量百分比混合；模板剂为乙二胺、吡咯烷酮同系物、甜菜碱同系物、TPAOH、TPABr、三乙胺中的一种或多种，若为多种，则为任意质量百分比混合；结构助剂为二亚乙基三胺、三聚氰胺、缩脲、脲中的一种或多种，若为多种，则为任意质量百分比混合；添加剂为 NaF、KF、NaCl, NaBr, KC1、KBr, Na2SO4, NaHSO4, K2SO4, KHS04、异丙醇、乙醇、甲醇中的一种或多种，若为多种，则为任意质量百分比混合；碱为NaOH、KOH、Na2CO3, NaHCO3,K2C03、KHCO#的一种或多种，若为多种，则为任意质量百分比混合。7.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于:所述步骤2中铵盐溶液为铵的硝酸盐、碳酸盐、醋酸盐、磷酸盐或酸式盐中的一种或多种，若为多种，则为任意质量百分比混合。8.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于:所述步骤3或4所述金属前驱体为:镁、锌、银、镓、钼、鹤、铜、猛、镲、铁、钼、络、镧、钟、镨、钕、钷、钐、铕、礼、镇、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇的硝酸盐、碳酸盐、醋酸盐、磷酸盐或酸式盐中的一种或多种，若为多种，则为任意质量百分比混合。9.一种如权利要求4或5所述催化剂的使用方法，其特征在于:将含氧化合物原料在反应温度为350?550°C，压力为O?3MPa，重时空速为0.1?201^条件下通过催化剂转化为芳烃；所述含氧化合物原料包括但不限于水、甲醇、乙醇、二甲醚、生物质裂解油、木质素、油脂中的一种或多种，若为多种，则为任意质量百分比混合； 所述芳烃包括但不限于苯、萘、蒽、茚、菲同系物中的一种或多种，若为多种，则为任意质量百分比的混合物； 所述催化剂芳构化催化剂和老化后芳构化催化剂中的一种或两种，若为两种，则为任意质量百分比混合。10.根据权利要求9所述的使用方法，其特征在于:所述生物质裂解油、木质素或油脂包括甲基、乙基、甲氧基、羟基官能团的酮类、苯酚类、醛类、醇类、酸类和非极性芳香族和脂肪族化合物中的一种或多种，若为多种，则为任意质量百分比混合。
【专利摘要】本发明公开了一种纳米ZSM-5分子筛催化剂及制备、使用方法，所述分子筛催化剂由分子筛和金属组分组成；所述分子筛是一种短b轴、中高硅铝比、少强酸、高Lewis酸量、抗水热失活纳米ZSM-5分子筛；制备方法为：将硅源、铝源、模板剂、结构助剂、添加剂、碱、水混合、搅拌配制成前驱体水溶液，再晶化、固液分离、焙烧得到分子筛原粉；再与铵盐溶液混合搅拌、过滤再多次与铵盐溶液混合搅拌、过滤后焙烧得到氢型ZSM-5分子筛；再与金属前驱体溶液混合、干燥、焙烧制得芳构化催化剂。使用方法为将含氧化合物原料在反应条件下通过催化剂转化为芳烃。本发明具有芳烃收率高(可达99％),寿命长(300h不失活以及在760℃水热老化4h后，芳烃选择性仍可达70％)的特点。
【IPC分类】C07C15/08, C07C1/20, C07C15/04, C01B39/40, B01J29/40, C07C15/06, B01J35/10, C07C15/00
【公开号】CN104941695
【申请号】CN201510309675
【发明人】魏飞, 马云海, 骞伟中
【申请人】清华大学
【公开日】2015年9月30日
【申请日】2015年6月8日