【摘 要】
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3D打印技术是一种智能制造技术,近年来已在催化、机械、建筑、医学等领域获得广泛关注。利用3D打印技术制备整体式催化剂,可设计多级孔结构,强化催化过程中的传质和传热,克服传统催化剂的缺点,提升催化性能。本文首先采用3D打印技术制备整体式ZSM-5催化剂,并系统考察打印墨水中无机黏结剂、成型烧结温度、孔道结构对催化剂的物性及MTO催化性能的影响。实验结果表明,膨润土含量为5 wt%、烧结温度为550℃
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3D打印技术是一种智能制造技术,近年来已在催化、机械、建筑、医学等领域获得广泛关注。利用3D打印技术制备整体式催化剂,可设计多级孔结构,强化催化过程中的传质和传热,克服传统催化剂的缺点,提升催化性能。本文首先采用3D打印技术制备整体式ZSM-5催化剂,并系统考察打印墨水中无机黏结剂、成型烧结温度、孔道结构对催化剂的物性及MTO催化性能的影响。实验结果表明,膨润土含量为5 wt%、烧结温度为550℃、孔道结构为斜直孔的整体式ZSM-5催化剂的抗压强度达0.93 MPa。MTO催化结果显示,反应空速为1 h-1时,整体式ZSM-5催化剂的烯烃选择性可达71.13%,其中丙烯的选择性可达41.93%,较传统压片成型ZSM-5催化剂高10%。其次通过在打印墨水中添加一定的硝酸镁,直接3D打印制备出金属镁改性的整体式ZSM-5分子筛催化剂。实验结果表明,硝酸镁的添加有利于提升催化剂的机械性能及孔隙率,且金属镁高度分散。金属镁（相对活性组分含量为1.0 wt%）改性的整体式ZSM-5催化剂,其抗压强度为1.51 MPa。MTO催化结果显示,金属镁改性的整体式ZSM-5催化剂催化性能优异,丙烯乙烯选择性之比可达3.44,且催化寿命较未改性的整体式ZSM-5分子筛催化剂提高了 3-4倍。最后通过在打印墨水中添加AlPO4-5分子筛晶粒,采用3D打印制备整体式AlPO4-5/ZSM-5复合催化剂（MZA）,再采用微波加热法,在MZA催化剂表面二次生长包覆六边形片状AlPO4-5分子筛薄膜,获得核壳结构的整体式AlPO4-5/ZSM-5复合分子筛催化剂（MA/Z）。实验结果表明,在合成液中晶化1h的MA/Z催化剂,抗压强度大于3.5 MPa,并且在MTO反应中表现出比整体式ZSM-5催化剂更优的稳定性和丙烯选择性。连续测试40 h,丙烯选择性保持在30%左右。
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