سنتز زئولیت مزو حفره Y با استفاده از پیروفیلایت به عنوان منبع Si و Al به منظور استفاده در فرآیند تولید بنزین و دیزل از روغن سنگین

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه تربیت مدرس مهندسی شیمی

2 دانشگاه تربیت مدرس

3 مرکز آموزش عالی فنی و مهندسی بوئین زهرا

4 دانشگاه تربیت مدرس دانشکده شیمی

5 باشگاه پژوهشگران جوان دانشگاه آزاد اسلامی کرمانشاه

6 دانشگاه آیندهوون

7 دانشگاه تکنولوژی برلین

چکیده

زئولیتY بدون حضور ماده الگوساز و با استفاده از پیروفیلیت ذوب قلیایی شده به عنوان منبع Si و Al با موفقیت سنتز شده است. سورفکتنت (CTAB) جهت ایجاد حفرات مزو در زئولیت Y سنتزی مورد استفاده قرار گرفت. خواص فیزیکی-شیمیایی نمونه‌ها با استفاده از آنالیزهای XRD، FESEM، BET، FTIR،NH3-TPD ، EDX   بررسی شده است. خواص و عملکرد کاتالیستی زئولیت‌های سنتز شده با استفاده پیروفیلیت با زئولیت Y تجاری مقایسه شده است. نتایج آنالیز XRD سنتز زئولیت Y با خلوص بالا با استفاده از پیروفیلیت ذوب قلیایی شده در حضور CTAB را تأیید می‌کند. همچنین، با استفاده از CTAB خواص بافتی و اسیدیته نمونه سنتزی بهبود یافت. فعالیت کاتالیستی زئولیت‌های سنتز شده در راکتور بستر ثابت مطالعه شده است. نمونه سنتز شده با استفاده از CTAB جهت تبدیل روغن سنگین به سوخت‌های سبک میزان تبدیلی بالاتر از 60% نشان داد. همچنین، انتخاب‌پذیری بالاتری نسبت به سوخت‌های سبک از قبیل بنزین و دیزل و نیز تولید گاز بیشتری برای زئولیت سنتز شده با استفاده از CTAB نسبت به نمونه‌های دیگر مشاهده شد. به علت وجود حفرات مزو و دسترسی مناسب‌تر مولکول‌های خوراک به مکان‌های فعال کاتالیستی، نمونه سنتز شده با CTAB میزان فعالیت و گاز تولیدی بالاتری را نشان داد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Synthesis of mesoporous Y zeolite from pyrophyllite as Si and Al source used in gasoline and gasoil production from heavy oil

نویسندگان [English]

  • Erfan Aghaei 1
  • mitra ebrahiminejad 2
  • Reza Khoshbin 3
  • Ramin Karimzadeh 4
  • Samira Moridi 5
  • Hamid Reza Godini 6
  • Oliver Gorke 7
1 Tarbiat Modares University
2 tarbiyat modares university
3 مرکز آموزش عالی فنی و مهندسی بوئین زهرا
4 Tarbiat Modares University
5 Young Researchers and Elite Club, Kermanshah Branch
6 University of Technology (TU/e)
7 Technische Universität Berlin
چکیده [English]

Zeolite Y was successfully synthesized using alkali-fused pyrophyllite as the source of Si and Al without using template. Surfactant (CTAB) was used in order to create the mesopores in the synthesized Y zeolite. Physicochemical properties of the synthesized samples were investigated using XRD, FESEM, BET, FTIR, NH3-TPD, EDX and TGA characterizations. The properties and catalytic performance of the synthesized zeolites using pyrophyllite were compared with commercial Y zeolite. The results of XRD analysis showed that a pure Y zeolite has been synthesized using alkali-fused pyrophyllite in the presence of CTAB. Furthermore, the use of CTAB resulted in improving the textural and acidity properties of the synthesized sample. Moreover, the catalytic activity of the synthesized zeolites was tested in a fixed bed reactor. The synthesized sample with CTAB, for the case of heavy oil conversion to light fuels showed a conversion of up to ca. 60%. It was observed that the light fuels selectivity such as gasoline and gasoil as well as gaseous production over modified zeolite with CTAB was higher than the other samples. Due to the presence of mesopores and better accessibility of the feed molecules to the catalytic active sites, the CTAB-synthesized sample showed higher catalytic activity as well as gaseous products formation.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Y zeolite
  • pyrophyllite
  • CTAB
  • heavy oil cracking
  1. P. H. Zeng, B. J. Shen, S. F. Ji, Y. Liang and X. H. Meng, “Preparation of Y Zeolite-Based Catalysts and Their Catalytic Cracking Performances of Venezuelan Heavy Oil,” Advanced Materials Research, 608-609–1412, 2013.
  2. H. Liu, J. Ma and X. Gao, “Synthesis, characterization and evaluation of a novel resid FCC catalyst based on in situ synthesis on kaolin microspheres,” Catalysis Letters, 110, 2006, pp. 229-234.
  3. S. Abbasizadeh and R. Karimzadeh, “Influence of various aluminum distributions on modification of ZSM-5 zeolite framework with cobalt ions in alkane catalytic cracking,” Research on Chemical Intermediates, 45, 2019, pp. 955-972.
  4. S. Oruji, R. Khoshbin and R. Karimzadeh, “Preparation of hierarchical structure of Y zeolite with ultrasonic-assisted alkaline treatment method used in catalytic cracking of middle distillate cut: The effect of irradiation time,” Fuel Processing Technology, 176, 2018, pp. 283-295.
  5. C. Manrique, A. Guzmán, J. Pérez-Pariente, C. Márquez-Álvarez and A. Echavarría, “Vacuum gas-oil hydrocracking performance of Beta zeolite obtained by hydrothermal synthesis using carbon nanotubes as mesoporous template,” Fuel, 182, 2016, pp. 236-247.
  6. Y. Ghrib, N. Frini-Srasra and E. Srasra, “Synthesis of NaX and NaY Zeolites from Tunisian Kaolinite as Base Catalysts: An Investigation of Knoevenagel Condensation,” Journal of the Chinese Chemical Society, 63, 2016, pp. 601-610.
  7. E. I. Basaldella, R. Bonetto and J. C. Tara, “Synthesis of NaY zeolite on preformed kaolinite spheres. Evolution of zeolite content and textural properties with the reaction time,” Industrial & Engineering Chemistry Research, 32, 1993, pp. 751-752.
  8. G. Garcia, E. Cardenas, S. Cabrera, J. Hedlund and J. Mouzon, “Synthesis of zeolite Y from diatomite as silica source,” Microporous and Mesoporous Materials, 219, 2016, pp. 29-37.
  9. W. Wang, S. Kong, X. Zhou, D. Yuan, H. Li, S. Ren and B. Shen, “Perlite templated Y zeolite assembly and its potential as an efficient catalytic cracking catalyst,” Microporous and Mesoporous Materials, 243, 2017, pp. 130-134.
  10. P. Wang, B. Shen, D. Shen, T. Peng and J. Gao, “Synthesis of ZSM-5 zeolite from expanded perlite/kaolin and its catalytic performance for FCC naphtha aromatization,” Catalysis Communications, 8, 2007, pp. 1452-1456.
  11. O. A. Ajayi, S. S. Adefila and M. T. Ityokumbul, “Monitoring zeolite NaY formation from potassium-rich Nigerian kaolinite clay,” Ain Shams Engineering Journal, 9, 2017, pp. 1653-1661.
  12. M. Qamar, I. Baig, A. M. Azad, M. I. Ahmed and M. Qamaruddin, “Synthesis of mesoporous zeolite Y nanocrystals in octahedral motifs mediated by amphiphilic organosilane surfactant,” Chemical Engineering Journal, 290, 2016, pp. 282-289.
  13. B. Liu, F. Chen, L. Zheng, J. Ge, H. Xi and Y. Qian, “Synthesis and structural properties of hierarchically structured aluminosilicates with zeolite Y (FAU) frameworks,” RSC Advances, 3, 2013, pp. 15075-15084.
  14. F. N. Gu, F. Wei, J. Y. Yang, N. Lin, W. G. Lin, Y. Wang and J. H. Zhu, “New Strategy to Synthesis of Hierarchical Mesoporous Zeolites,” Chemistry of Materials, 22, 2010, pp. 2442-2450.
  15. J. Jin, C. Peng, J. Wang, H. Liu, X. Gao, H. Liu and C. Xu, “Facile Synthesis of Mesoporous Zeolite Y with Improved Catalytic Performance for Heavy Oil Fluid Catalytic Cracking,” Industrial & Engineering Chemistry Research, 53, 2014, pp. 3406-3411.