欧世盛注射泵应用案例：北京低碳院 Ni/HZSM-5 催化剂制备及应用研究

2025年10月，《高校化学工程学报》在知网网络首发题为《Ni/HZSM-5催化剂的制备及其在2-甲基-2-丁烯齐聚反应中的应用》的文献。该文献对 Ni/HZSM-5 催化剂的制备工艺、结构性能及其在烯烃齐聚反应中的应用进行了深入研究。欧世盛为该研究提供了设备支持。研究团队采用其HP-10 型双注射高压恒流输液泵，将2-甲基-2-丁烯液体原料以稳定流量输送至反应器，为催化活性评价实验的顺利开展提供了保障。

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导图

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实验方法

实验材料

实验所用材料均为分析纯，包括中性硅溶胶（SiO₂含量 30%、pH=7、Na₂O 含量 0.1%）、偏铝酸钠（NaAlO₂）、氢氧化钠（NaOH）、四丙基氢氧化铵（TPAOH，含量 25%）、氯化铵（NH₄Cl）、六水合硫酸镍（NiSO₄・6H₂O）及 2 - 甲基 - 2 - 丁烯，均购自国药化试。

制备方式

HZSM-5 采用诱导剂法水热合成。先将硅溶胶与 TPAOH 经室温搅拌 2h、100℃烘24h、冷却制得诱导剂；再将硅溶胶、去离子水、NaAlO₂、NaOH 混合搅拌，加入诱导剂搅拌2h后装入压力容弹，180℃烘箱中保持 40h；产物经过滤、洗涤、干燥后，通过 NH₄⁺离子交换（80℃下用 5wt% NH₄Cl 溶液交换 2 次）、过滤、干燥及 550℃焙烧 3h，得到 HZSM-5 分子筛。

Ni/HZSM-5 采用浸渍法合成。将 HZSM-5 样品分别加入 1.0wt%、3wt%、5.0wt% 浓度的 NiSO₄水溶液，80℃搅拌 0.5h，经洗涤、过滤、干燥后，550℃焙烧 3h，制得 Ni 负载量分别为 0.85%、1.39%、1.88% 的 Ni/HZSM-5 催化剂。

表征手段

采用多种手段对催化剂物理化学性质进行表征。XRD（Rigaku D/max-2600/pc，Cu Kα 辐射，2θ=5°~50°）分析晶体结构；XRF（Rigaku ZSX Primus II）测定元素组成；N₂吸附 / 脱附（Micromeritics ASAP 2020）计算比表面积与孔体积；NH₃-TPD（Auto-Chem II 2920）分析酸强度与酸量；Py-IR（Bruker Vertex 70）识别酸类型；SEM（FEI Nova Nano SEM 450）观察形貌。

评价方式

在微型固定床反应器（内径 10mm）中进行，催化剂装填量 5.0g。2 -甲基- 2 -丁烯经欧世盛 HP-10 双注射高压恒流输液泵以 0.05mL・min⁻¹ 流量注入，N₂经质量流量计以 18mL・min⁻¹ 通入；反应温度 250℃，系统压力 3.0MPa。

反应产物经 4.0℃冷阱气液分离，气相产物用岛津 2014 气相色谱仪在线分析（H₂/N₂/CO/CO₂用 TCD 检测器 + 5A 分子筛柱，C₁-C₆烃用 FID 检测器 + PLOT Al₂O₃/KCl 毛细柱）；液相产物用安捷伦 5977 GC/MSD 离线分析（质谱检测器 + J&W HP-PONA 毛细柱）。

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实验结果

表征结果

形貌结构方面，HZSM-5 为 2μm 左右球形聚集体，微晶尺寸 50nm 左右；Ni 引入未破坏 MFI 拓扑结构，NiSO₄在分子筛表面均匀分散；随 Ni 负载量增加，比表面积（HZSM-5 为 427m²・g⁻¹，1.88% Ni 样品为 354m²・g⁻¹）与微孔体积降低，外比表面积与介孔体积先增后减。

此外，HZSM-5 有弱酸（180~220℃）与中强酸（350~550℃）中心；Ni 负载使酸强度降低，弱酸量增加、中强酸量减少，Lewis 酸酸量显著提升（HZSM-5 为 0.017mmol・g⁻¹，1.88% Ni 样品为 0.069mmol・g⁻¹），Brønsted 酸先增后减。

性能评价结果

所有催化剂 2 - 甲基 - 2 - 丁烯转化率均超 80%，随 Ni 负载量先升后降，0.85% Ni 样品转化率最高，1.39% Ni 样品转化率低于 HZSM-5（因 Ni 阻塞孔道影响传质）。

HZSM-5 的 C₁₀（二聚产物）选择性最高；0.85% Ni 样品 C₁₅（三聚产物）选择性最高，高碳数产物占比提升；过量 Ni（1.39%、1.88%）使 Lewis 酸过多，裂化反应加剧，C₁₀以下产物增加，高碳数产物选择性降低。

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研究结论及意义

采用诱导剂法水热合成了纳米ZSM-5微晶聚集体，既保留了纳米级晶体在晶内扩散方面的优势，又具有微米级产物在工业生产上易于分离的特点。同时，该合成方法只有在诱导剂制备环节使用TPAOH，模板剂用量低，有效降低了原料成本。

采用浸渍法在HZSM-5分子筛中引入Ni物种，使催化剂的酸性发生明显变化，在降低酸强度的同时，产生了新的Lewis酸，并可以通过Ni的负载量调节Brønsted酸和Lewis酸的比例，进而改变催化剂的性能。

低 Ni 负载量的 Ni/HZSM-5 催化剂在 2-甲基-2-丁烯齐聚反应中可以促进高碳数产物的选择性，继续增加 Ni 负载量会造成分子筛比表面的减小影响转化率，并形成过多的 Lewis 酸导致齐聚反应过程中裂化能力增强而降低高碳数产物选择性，因此，可以通过 Ni/HZSM-5 酸性的调节开发适合不同馏分段产品的催化剂。

该研究为探索Ni/HZSM-5在烯烃齐聚反应中的应用提供了新思路。未来可根据目标产物馏分需求，通过调节 Ni 负载量定制催化剂，从而为炼化副产物（低碳烯烃）高值化转化及可持续航空燃料等绿色燃料生产提供技术支撑。

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主要图表

表 1：HZSM-5 和 Ni/HZSM-5 催化剂的结构性质

表 2：HZSM-5 和 Ni/HZSM-5 催化剂表面酸中心含量

图 6：HZSM-5 及 Ni/HZSM-5 催化剂的 2 - 甲基 - 2 - 丁烯齐聚反应产物的碳数分布

图 7：HZSM-5 及 Ni/HZSM-5 催化剂的 2 - 甲基 - 2 - 丁烯齐聚反应转化率随反应时间变化

图 8：HZSM-5 及 Ni/HZSM-5 催化剂的 C₁₀产物选择性随反应时间变化

图 9：HZSM-5 及 Ni/HZSM-5 催化剂的 C₁₅产物选择性随反应时间变化

图 10：HZSM-5 及 Ni/HZSM-5 催化剂的环烷烃和芳烃产物选择性随反应时间变化

参考文献

田大勇，郭磊，石梦雪，袁德林，刘俊伶．Ni/HZSM-5 催化剂的制备及其在2-甲基-2-丁烯齐聚反应中的应用[J/OL]．高校化学工程学报.

（https://link.cnki.net/urlid/33.1141.TQ.20251029.1344.002）

欧世盛（北京）科技有限公司是以研发及生产微反应连续流化学合成技术及仪器设备，在线检测、传感器及应用型自动化装置为主的平台型技术公司。公司拥有多学科的研发团队和应用研究团队，总部位于北京，应用研发部门FLOW R&D实验室与清华大学等多所科研团队合作，为不同行业用户提供强大的技术支持。公司提供一系列综合服务，旨在满足不同行业用户的需求。客户和项目合作伙伴主要来自制药、CXO、精细化工、催化剂、石油石化、新能源、半导体、国防军工等领域。

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