Fabrication of Core-shell Structured Monoliths and Their Catalytic Performance for Chlorobenzene Combustion

doi:10.7503/cjcu20240394

Abstract

Abstract:

Core-shell structured monolith catalysts with HZSM-5（Z5） zeolite as the active sites of the shell and Ce-Mn species doped HZSM-5（CM/Z5）， Silicalite-1 or ZrO₂ as the active sites of the core were fabricated by coaxial 3D printing. The influencing mechanism of the carrier kind on the catalytic performance of chlorobenzene combustion， as well as the function mechanism of the core-shell structure during the catalytic process， were both investigated. Compared with HZSM-5 and Silicalite-1， ZrO₂as the carrier benefited the formation of oxygen vacancies in catalysts. But HZSM-5 as the carrier could enhance chlorobenzene conversion and HCl selectivity， due to the synergistic effect between Brønsted acid sites in HZSM-5 carrier and oxygen vacancies in Ce-Mn species. The HZSM-5 shell exhibited excellent performance in the dechlorination process， which limited the deposition of chlorine （Cl） specie on the surface of Ce-Mn oxides， retarded the Cl poisoning of the catalyst and thus enhanced the catalyst stability. The CM/Z5@Z5 monolith prepared with HZSM-5 as the carrier exhibited excellent catalytic activity， stability， and selectivities to HCl and CO₂， with the T₅₀ and T₉₀ of chlorobenzene conversion of 206 and 294 ℃， respectively. This is due to the tandem process of dechlorination by the HZSM-5 shell and the dechlorination-deep oxidation by the synergistic effect between Brønsted acid sites and oxygen vacancies.

Key words: Coaxial 3D printing, HZSM-5 zeolite, Ce-Mn oxide, Catalytic chlorobenzene combustion, Core-shell monolith catalyst

CLC Number:

O643.3

TrendMD:

DIAO Zhenheng, LI Hao, GUO Wen, ZHENG Pengfei, WANG Bin, JI Honglun, TIAN Yajie, SUN De, LI Li. Fabrication of Core-shell Structured Monoliths and Their Catalytic Performance for Chlorobenzene Combustion[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2025, 46(3): 20240394.

Figures/Tables 8

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Sample	S_BET/（m²∙g^-1）	S_exter/（m²∙g^-1）	V_t/（cm³∙g^-1）	V_micro/（cm³∙g^-1）	Acid density^*/（μmol py∙g^-1）					Ce³⁺/Ce⁴⁺	Mn⁴⁺/Mn³⁺	V_o
Sample	S_BET/（m²∙g^-1）	S_exter/（m²∙g^-1）	V_t/（cm³∙g^-1）	V_micro/（cm³∙g^-1）	T	T_L	T_B	S_L	S_B	Ce³⁺/Ce⁴⁺	Mn⁴⁺/Mn³⁺	V_o
S⁃Z5	406	30	0.238	0.173	237	128	109	57	98	/	/	/
CM/Z5	367	133	0.218	0.108	167	102	65	66	66	0.21	0.88	0.17
CM/S1	354	112	0.238	0.113	26	23	3	14	3	0.18	0.79	0.09
CM/Zr	44	41	0.108	0.001	36	33	3	19	1	0.27	0.97	0.52

Sample	S_BET/（m²∙g^-1）	S_exter/（m²∙g^-1）	V_t/（cm³∙g^-1）	V_micro/（cm³∙g^-1）	Acid density^*/（μmol py∙g^-1）					Ce³⁺/Ce⁴⁺	Mn⁴⁺/Mn³⁺	V_o
Sample	S_BET/（m²∙g^-1）	S_exter/（m²∙g^-1）	V_t/（cm³∙g^-1）	V_micro/（cm³∙g^-1）	T	T_L	T_B	S_L	S_B	Ce³⁺/Ce⁴⁺	Mn⁴⁺/Mn³⁺	V_o
S⁃Z5	406	30	0.238	0.173	237	128	109	57	98	/	/	/
CM/Z5	367	133	0.218	0.108	167	102	65	66	66	0.21	0.88	0.17
CM/S1	354	112	0.238	0.113	26	23	3	14	3	0.18	0.79	0.09
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