过渡金属（Fe、Nb、Mo、Ag）改性HZSM-5催化正丙醇脱水制备二丙醚与丙烯的促进效应研究

本综述系统探讨了过渡金属（Fe、Nb、Mo、Ag）改性HZSM-5分子筛在正丙醇脱水反应中的催化性能。研究通过多种表征手段（XRD、NH3-TPD、XPS等）证实金属负载可调节酸位点强度分布，其中Mo/HZSM-5因弱酸位点优势促进二丙醚（DPE）生成，而Nb/HZSM-5显著提升丙烯选择性与抗积碳（coke）稳定性，为生物质衍生醇的高值化转化提供了催化设计新策略。

　　

催化剂制备

采用初湿浸渍法成功制备了四种过渡金属（Fe、Mo、Nb、Ag）负载量为5.0 wt%的HZSM-5（硅铝比SAR=28）催化剂。载体NH₄ZSM-5先经813 K煅烧4小时转化为H型沸石，随后分别使用Fe(NO₃)₃·9H₂O、(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O、NH₄[NbO(C₂O₄)₂(H₂O)₂]·nH₂O及AgNO₃作为金属前体进行分步浸渍，最终催化剂经干燥和煅烧处理。

催化剂表征

如表1所示，金属负载对催化剂织构性质产生显著影响：Nb和Ag的引入仅轻微降低比表面积，而Mo和Fe负载分别导致表面积下降23%和53%，表明Fe颗粒可能堵塞沸石孔道。孔径分布数据显示微孔结构得以保留，但Fe/HZSM-5出现介孔特征，提示金属聚集现象。XPS分析鉴定出Fe³⁺/Fe²⁺、Nb⁵⁺、Ag⁰及Mo⁵⁺/Mo⁴⁺等多元价态物种。NH₃-TPD揭示金属改性调控了酸位点强度分布，弱酸位点比例变化与催化性能密切相关。

结论

本研究证实过渡金属改性可精准调控HZSM-5的酸性特征，进而指导正丙醇脱水路径选择：低温利于二丙醚（DPE）生成，高温促进丙烯形成。Mo/HZSM-5凭借丰富的弱酸位点实现优异的DPE产率；Nb/HZSM-5则在473 K展现出卓越的丙烯选择性与抗失活能力，其积碳量（29%→20%）显著低于未改性催化剂。金属促进效应虽复杂但明确，为生物质催化转化体系的定向设计提供了理论依据。