Hydrogen Transfer Reaction Performance and Regulation Mechanism of Y Zeolites

doi:10.12422/j.issn.1006-396X.2024.05.005

Abstract

Abstract:

The hydrogen transfer properties of HY zeolite and lanthanum ion modified Y(LaHY) zeolite were investigated using in situ FTIR technology. Combined with characterization data of zeolite crystal structure, texture properties, and acidity, the regulatory mechanism of rare earth modification and hydrothermal treatment on the hydrogen transfer reaction performance of Y zeolite was explored. The results show that the Brønsted (B) acid density and strong acid strength of Y zeolite decreased, while rare earth species located in the supercage formed weak Lewis (L) acid sites. The synergistic effect of B acid and L acid sites in the supercage promoted the occurrence of hydrogen transfer reaction. After hydrothermal treatment, the total acidity of HY-LH and LaHY-LH zeolites significantly decreased, and the L acid centers related to rare earth species in the supercages completely disappeared, which significantly reduced the hydrogen transfer reaction performance of HY zeolites. The research results can provide important theoretical guidance for a deeper understanding of the laws of hydrogen transfer reactions in catalytic cracking reactions, as well as achieving the goals of regulating olefin product selectivity and inhibiting coking deactivation.

Key words: LaHY zeolite, Hydrothermal treatment, Cyclohexene, Hydrogen transfer reaction, Coke inhibition

摘要：

利用原位红外光谱技术考察了HY分子筛和镧离子改性Y（LaHY）分子筛的氢转移反应性能；结合分子筛晶体结构、织构性质和酸性质等表征数据，探讨了稀土改性以及水热处理对Y分子筛氢转移反应性能的调控机制。结果表明，Y分子筛的Brønsted（B）酸密度和强酸强度减弱，同时落位于超笼中的稀土物种形成弱Lewis（L）酸位，超笼中B酸和L酸位点的协同作用促进了氢转移反应的发生；经过水热处理，HY-LH和LaHY-LH分子筛的总酸量显著减少，同时超笼中与稀土物种有关的L酸中心完全消失，显著降低了HY分子筛氢转移反应性能。研究成果可为深入理解催化裂化反应过程中氢转移反应的规律，以及调控烯烃产物选择性和抑制结焦失活等提供理论指导。

关键词: LaHY分子筛, 水热处理, 环己烯, 氢转移反应, 抑制生焦

CLC Number:

TQ021.4

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Figures/Tables 9

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分子筛	质量分数/%
分子筛	Na	La
HY	1.340	-
LaHY	1.260	5.695
HY⁃LH	1.381	-
LaHY⁃LH	1.326	5.547

分子筛	质量分数/%
分子筛	Na	La
HY	1.340	-
LaHY	1.260	5.695
HY⁃LH	1.381	-
LaHY⁃LH	1.326	5.547

分子筛	比表面积/（m²·g^-1）	微孔面积/（m²·g^-1）	介孔面积/（m²·g^-1）	总孔体积/（cm³·g^-1）	微孔体积/（cm³·g^-1）	介孔体积/（cm³·g^-1）
HY	670	631	39	0.41	0.33	0.08
LaHY	544	492	52	0.33	0.26	0.07
HY⁃LH	261	203	58	0.29	0.11	0.18
LaHY⁃LH	241	199	45	0.22	0.10	0.12

分子筛	比表面积/（m²·g^-1）	微孔面积/（m²·g^-1）	介孔面积/（m²·g^-1）	总孔体积/（cm³·g^-1）	微孔体积/（cm³·g^-1）	介孔体积/（cm³·g^-1）
HY	670	631	39	0.41	0.33	0.08
LaHY	544	492	52	0.33	0.26	0.07
HY⁃LH	261	203	58	0.29	0.11	0.18
LaHY⁃LH	241	199	45	0.22	0.10	0.12

分子筛	酸量（150 ℃）/(mmol·g^—1)		酸量（400 ℃）/(mmol·g^—1)
分子筛	B酸	L酸	B酸	L酸
HY	0.402	0.119	0.360	0.061
LaHY	0.399	0.175	0.355	0.030
HY⁃LH	0.047	0.033	0.037	0.013
LaHY⁃LH	0.062	0.056	0.040	0.011