编号：SLHY00210

篇名：粉煤灰基ZSM-5分子筛的绿色合成及其催化裂解废塑料的研究

作者： 刘菲菲

关键词： ZSM-5分子筛; 粉煤灰; 硅灰; 无模板法; 混合塑料; 单环芳烃;

机构： 广西大学

摘要： 废塑料大量累积引发的环境污染问题日趋严峻。重要的化工基础原料单环芳烃(MAHs)依赖于石油的催化重整制备,但石油资源日渐枯竭且不可再生,需寻找新的可再生的替代原料来制备。通过催化裂解可将废塑料定向转化为高附加值MAHs,这不仅使解决了废塑料的环境污染和能源枯竭问题,还实现了废塑料资源化利用。ZSM-5分子筛被广泛用于催化转化塑料制芳烃。但传统ZSM-5分子筛合成使用纯化学原料和有机模板剂,存在合成成本高和环境污染的问题,此外由于ZSM-5分子筛的微孔限制造成扩散问题,导致积碳的产生,降低了催化剂的活性。本文使用粉煤灰为铝源,硅溶胶或硅灰为硅源,通过水热活化-晶化两步法,不使用有机模板剂低成本合成了ZSM-5分子筛;进一步考察合成的分子筛催化裂解混合塑料(MPP)和实际混合塑料废弃物(MPW)制备MAHs的性能。主要研究内容和结论如下: (1)使用碱熔粉煤灰和硅溶胶通过水热活化-水热晶化两步法合成了ZSM-5分子筛(FAZ-2-48h)。通过对比催化裂解单种塑料和混合塑料的研究证明:富氢塑料(LDPE和PP)和贫氢塑料(PS)之间存在协同作用,促进了液体产率的提高。在550°C,剂料比为1:1时,使用FAZ-2-48h催化裂解MPP时液体产率为42.7%,MAHs选择性为84.3%。催化裂解MPW时,液体产率为24%,MAHs选择性为86%,均高于商业ZSM-5(CZSM-5,21.6%,82.2%)。长期裂解实验表明FAZ-2-48h具有良好的使用稳定性。进行成本核算,FAZ产品售价最高可达95.11元/kg,显著低于CZSM-5售价(约240元/kg) (2)在上述水热活化-晶化两步法合成过程中通过添加甘蔗渣、甘蔗渣水解液和甘蔗渣炭合成三种介孔ZSM-5分子筛,分别命名为GZZ、GZZS和GZZT。结果表明所有合成的分子筛的平均孔径在2.5nm左右,且b轴厚度变薄,这有助于提高传质速率。将合成的分子筛用于550°C催化裂解MPP,其中0.9-GZZ的MAHs选择性最高为92.7%,比FAZ-2-48h高8.4%,液体产率达到了40.33%。使用0.9-GZZ催化裂解MPW时,液体产率为26.0%,MAHs选择性为88.2%,均高于FAZ-2-48h。长期稳定性实验表明0.9-GZZ具有良好的稳定性。 (3)为了进一步降低分子筛的合成成本,分别使用硅灰充当硅源,粉煤灰充当铝源,通过水热活化-晶化两步法合成了ZSM-5分子筛。在550°C,剂料比为1:1的条件下,FSZ-2-72h催化裂解MPP的液体产率最高,达到50.03%,MAHs选择性为84.13%。在裂解MPW时,液体产率和MAHs选择性分别为28%和88%,催化效果均优于CZSM-5。经过成本核算,FSZ-2-24h售价最高可达90.71元/kg,低于FAZ分子筛(95.11元/kg)和CZSM-5的售价(240元/kg)