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塑料在给人们生活带来便利的同时,也带来了严重的“白色污染”。塑料中应用较多的聚烯烃类塑料的处理已成为迫切需要解决的社会问题,催化降解是比较理想的方法,但是目前聚烯烃类废塑料的催化降解用催化剂存在降解温度高、易积炭、总转化率、气液转化率和液体收率低等问题。在本文的研究中,结合了介孔分子筛的孔道优势与微孔分子筛的强酸性和高水热稳定性优势,设计出一种Ce负载的微孔—介孔复合分子筛催化剂,使微孔与介孔两种材料优势互补、协同作用,以满足聚烯烃类塑料催化降解的要求。在微波法加热条件下,实验采用介孔附晶微孔生长法合成了微孔—介孔复合分子筛,并研究了 Ce负载前后的复合分子筛的合成条件、表面形貌和孔道结构、酸催化活性和断链及加氢开环能力,考察了复合分子筛催化剂降解聚乙烯和聚苯乙烯的效果。主要的研究成果如下:(1)采用微波法制备了 Y/SBA-15微孔—介孔复合分子筛,并用离子交换法将Ce负载到复合分子筛中。通过实验得出复合分子筛的优化合成条件为:pH为2～3,Si02/P123物质的量比为58,微波功率为200W,搅拌速度为500r/min,晶化温度为100℃。(2)利用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、N2吸附—脱附、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、失重—热重(TG-DTG)、能量弥散X射线谱(EDS)、X射线荧光光谱(XRF)等检测方法对微波法合成的Y/SBA-15和Ce-Y/SBA-15进行了表征,结果表明:Y/SBA-15及Ce-Y/SBA-15复合分子筛均以Y型微孔沸石为内核、SBA-15介孔分子筛沿Y型微孔沸石外表面生长,复合分子筛内部同时具有微孔和介孔结构;Ce-Y/SBA-15中Ce的质量分数达到5.84%,大部分Ce均匀地分散在孔道中,少部分Ce进入了分子筛的骨架中,Ce的负载没有影响复合分子筛的基本结构,没有出现Ce的团聚现象;Y/SBA-15和Ce-Y/SBA-15复合分子筛的介孔孔径都为6nm左右,介孔孔壁厚度分别为1.84、1.88nm;微孔孔径都为1.8nm左右,微孔孔壁厚度分别为0.45、0.48nm,Ce负载后的复合分子筛孔壁较厚,比负载前的复合分子筛具有更强的水热稳定性。(3)探明了微孔—介孔复合分子筛的合成过程分为四个阶段:第一阶段为自组装的聚集体形成阶段;第二阶段为形成有机—无机复合相阶段;第三阶段为有序复合孔结构组装阶段;第四阶段为有序复合孔长成阶段。微孔—介孔复合分子筛是由无序排列的类八角形和类球形聚合物到颗粒的聚集体,再到类似棒状的结构,最后生成外形似莲藕形结构。(4)利用吡啶吸附红外光谱(Py-FTIR)、NH3-TPD等分析方法得出L酸中心强度由大到小的顺序为:HY/SBA-15、Ce-HY/SBA-15、HY-SBA-15、NaY/SBA-15;B酸中心强度由大到小的顺序为:Ce-HY/SBA-15、HY/SBA-15、HY-SBA-15、NaY/SBA-15;Ce的引入增加了改性复合分子筛表面的B酸强度,提高了改性复合分子筛的酸催化活性。(5)以乙酸正丁酯的酯化率为评价指标,考察了复合分子筛催化剂的酸催化性能及总酸量、酸类型对催化反应的影响。以Ce-HY/SBA-15为催化剂,催化剂质量分数为10.0%,硝酸铈的浓度为0.6mol/L,酸醇物质的量比为1:1.2,反应时间为2.0h,酯化率为94.4%。这说明Ce可以提高复合分子筛的酸强度,改性复合分子筛的酸催化是由B酸和L酸共同作用的,SO42-有利于改性材料表面酸位的形成。(6)以正庚烷为反应物考察了复合分子筛催化剂断链的能力,结果表明:正庚烷在Ce-Y/SBA-15的作用下主要发生的是一次裂解,很好的抑制了二次裂解的发生;Ce-Y/SBA-15催化下的正庚烷的转化率大于Y/SBA-15;由于Ce-Y/SBA-15中的酸性功能和加氢功能得到了很好的匹配,使得Ce-Y/SBA-15加氢裂化性能优于Y/SBA-15。以甲苯为反应物考察了复合分子筛催化剂加氢开环的能力,结果表明:Ce-Y/SBA-15的催化下的甲苯的开环率大于Y/SBA-15;加氢产物的收率随着温度的升高而降低,开环产物的收率随着催化剂酸性的增强而增加,增加的幅度也显著增大。Ce-Y/SBA-15比Y/SBA-15的加氢开环的性能好,说明中强酸酸量的增加有助于催化剂加氢开环性能的提高。(7)复合分子筛催化剂对聚乙烯的催化降解的影响主要取决于催化剂的总酸量,总酸量大、中强酸酸分布高的催化剂有利于催化降解聚乙烯。Ce-HY/SBA-15将PE的热裂解温度降低了 40℃,其催化降解PE得到的液体产物的分布比较集中,以C7～C14为主,析出的炭少、石蜡多,气体产物中C3～C6脂肪族类气体比较多。由于Ce的引入提高了复合分子筛的B酸强度和总酸量,因此Ce-HY/SBA-15催化降解PE的总转化率以及气体、液体收率均比热裂解有大幅提高。Ce-HY/SBA-15将PS的热裂解温度降低了 60℃,其催化降解PS得到的液体产物的分布较宽,包括苯、甲苯、异丙苯、茚及其衍生物等。Ce的引入提高了复合分子筛的B酸强度和总酸量,提高了 Ce-HY/SBA-15催化降解PS的能力。