Morphology Controlled Synthesis of ZSM-22 Molecular Sieves and Their Catalytic Performance on Long-chain Bioalkane to Aviation Kerosene

doi:10.7503/cjcu20230208

Abstract

Abstract:

In this paper， ZSM-22 zeolites with different crystal or aggregate morphologies， such as short rods， long needles， petals， thick rods， ellipsoids and coarse bundles， were synthesized through adding different additives， solvents or template agents. HZSM-22 catalysts with different morphologies were characterized by XRD， SEM， N₂ physical adsorption， NH₃-TPD and Py-IR techniques. The performance of HZSM-22 catalysts with different morphologies was evaluated on the hydrocracking and hydroisomerization of long-chain normal bio-paraffins obtained from the hydrodeoxygenated curcas oil to bio-jet fuel. The results showed that the catalyst C-4 with ellipsoid aggregate appearance was assembled by small crystals with a length of about 120 nm， which possesses a large surface area and plenty of B acid sites at the pore mouth of channel. On this basis， Pt/ZSM-22 catalysts were prepared by the equal volume impregnation method using HZSM-22 with different morphologies as support. The Pt/C-4 catalyst presented excellent hydrocracking and isomerization performance and stability. The conversion of long-chain normal bio-paraffins over Pt/C-4 reached 94.21%， and the yield of bio-jet fuel was as high as 47.87% with an iso/n-paraffin ratio of 6.0.

Key words: Hydrocracking/isomerization, ZSM-22 molecular sieve, Morphology, Long-chain normal bio-paraffins, Bio-jet fuel

CLC Number:

O643.3

TrendMD:

ZHAO Chen, TAN Juan, HAN Jingjing, LIU Rui, FENG Chunshuo, LIU Jing. Morphology Controlled Synthesis of ZSM-22 Molecular Sieves and Their Catalytic Performance on Long-chain Bioalkane to Aviation Kerosene[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2023, 44(11): 20230208.

Figures/Tables 13

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Sample	Additive/Solvent	Crystal phase	Relative crystallinity （%）	Morphology	Grain length/μm
B⁃1	—	ZSM⁃22	84	Shot rod	0.23
B⁃2	PDAC	ZSM⁃22	92	Needle	2.50
B⁃3	SS	ZSM⁃22+Crs	76	Petal	1.70
B⁃4	EtOH	ZSM⁃22+Crs	100	Thick rod	1.50
B⁃5	AC	ZSM⁃22+Crs	99	Thick rod	1.20
B⁃6	t⁃BuOH	ZSM⁃22	95	Bundle	0.20
B⁃7	GLY	ZSM⁃22	89	Bundle	0.30

Sample	Additive/Solvent	Crystal phase	Relative crystallinity （%）	Morphology	Grain length/μm
B⁃1	—	ZSM⁃22	84	Shot rod	0.23
B⁃2	PDAC	ZSM⁃22	92	Needle	2.50
B⁃3	SS	ZSM⁃22+Crs	76	Petal	1.70
B⁃4	EtOH	ZSM⁃22+Crs	100	Thick rod	1.50
B⁃5	AC	ZSM⁃22+Crs	99	Thick rod	1.20
B⁃6	t⁃BuOH	ZSM⁃22	95	Bundle	0.20
B⁃7	GLY	ZSM⁃22	89	Bundle	0.30

Sample	Template	n（TEMP）/n（SiO₂）	Crystal phase	Relative crystallinity（%）	Morphology	Grain length/μm
C⁃1	DAH	0.3	ZSM⁃22	84	Short rod	0.23
C⁃2	DEOA	0.3	ZSM⁃22	23	—	—
C⁃3	BA	0.3	ZSM⁃22	85	Bundle	0.40
C⁃4	DEA	1.0	ZSM⁃22	93	Ellipsoid	0.12
D⁃1	DEA+DAH	0.15+0.15	ZSM⁃22	84	Bundle	0.30
D⁃2	DEA+DAH	0.50+0.15	ZSM⁃22	92	Coarse bundle	0.14

Sample	Template	n（TEMP）/n（SiO₂）	Crystal phase	Relative crystallinity（%）	Morphology	Grain length/μm
C⁃1	DAH	0.3	ZSM⁃22	84	Short rod	0.23
C⁃2	DEOA	0.3	ZSM⁃22	23	—	—
C⁃3	BA	0.3	ZSM⁃22	85	Bundle	0.40
C⁃4	DEA	1.0	ZSM⁃22	93	Ellipsoid	0.12
D⁃1	DEA+DAH	0.15+0.15	ZSM⁃22	84	Bundle	0.30
D⁃2	DEA+DAH	0.50+0.15	ZSM⁃22	92	Coarse bundle	0.14

Sample	Morphology	S_total^a /（m²·g^‒1）	S_micro^b /（m²·g^‒1）	S_ext^b /（m²·g^‒1）	V_total^c /（cm³·g^‒1）	V_micro^b /（cm³·g^‒1）	V_meso^b /（cm³·g^‒1）
B⁃1	Short rod	259	215	44	0.39	0.08	0.31
B⁃2	Needle	252	230	22	0.42	0.09	0.33
B⁃3	Petal	261	223	38	0.35	0.08	0.27
C⁃4	Ellipsoid	289	259	36	0.18	0.10	0.08
D⁃2	Coarse bundle	268	232	14	0.20	0.09	0.11