The conversion of methanol to hydrocarbons has been studied over synthetic ZSM-5 zeolite catalyst having high silica to alumina ratio. The conversion products were olefins, paraffins, cycloparaffins, and aromatics, and the catalyst showed especially high selectivity toward the formation of aromatics. The catalyst showed the shape-selectivity and the size of molecules in the product was limited approximately to the size of 1,3,5-trimethylbenzene. Hydrogen form(HZSM-5) was more active, indicating reactions following the dehydration of methanol seemed to be mainly catalyzed by acid sites. Comparison of the reaction characteristics and acid site distribution of the ZSM-5 catalyst with those of mordenite and faujasite type catalysts suggests that cross-linked pore channel structure and the strong acidity of the ZSM-5 catalyst are primarily responsible for the selective formation of aromatics over this catalyst.
Acidic properties of ZSM-5 zeolite catalysts were investigated by temperature-programmed desorption technique and ir spectroscopy. Ammonia t.p.d. pattern of HZSM-5 showed three different states, designated as ${\alpha}$,${\beta}$ and ${\gamma}$. The amount of ${\gamma}$-state decreased with increasing $SiO_2/Al_2O_3$ ratio, and upon cation-exchanging with alkali cations. From the ir adsorption spectra of absorbed pyridine and the reaction study of toluene alkylation, the ${\gamma}$-state could be explained to be due to the strong Bronsted acid sites of H-ZSM-5. Also they showed that the interaction between alkali cation-exchanged ZSM-5 and bases, i.e. $NH_3$ and pyridine, was increasing with decreasing the size of cations.
In this study, porosity estimation was conducted by the physical properties of zeolite. Because of the difficulty of directly measuring the porosity of particulate matter, the porosity was calculated by applying the measured physical properties of zeolite to the calculation formula presented in various literature. For this purpose, the average particle size, particle size distribution, specific surface area, and pore characteristics of three types of zeolite - zeolite beta, zeolite Y, and ZSM-5 - were measured. In addition, the true density using gas and liquid phases, and two types apparent density (tap and untapped density) were measured. We calculated the porosity using these results, compare and analyzed the results, and evaluated main factors that determine the porosity.
Sajadian, Zahra Sadat;Hazrati, Hossein;Rostamizadeh, Mohammad
Advances in nano research
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v.8
no.2
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pp.183-190
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2020
The objectives of this research were the reduction of membrane fouling and improvement of sludge properties by using synthesized H-ZSM-5 and NH4-ZSM-5 zeolites. These two nano zeolites were synthesized and added to the membrane bioreactor (MBR). Three similar MBRs with the same operational condition were used in order to evaluate their effect on the mentioned matters. The evaluated parameters were trans-membrane pressure (TMP), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), particle size distribution (PSD), soluble microbial product (SMP), extracellular polymeric substances (EPS) and, excitation-emission matrix (EEM). The MBR0 was without any additional zeolite while 0.4 g/L of H-ZSM-5 and NH4-ZSM-5 were added to MBRHZSM-5 and MBRNH4ZSM-5, respectively. The COD removal of the MBR0, MBRH-ZSM-5 and MBRNH4-ZSM-5 were 87.5%, 93.3% and 94.6%, respectively. The TMP of the MBRH-ZSM-5 was 45% less than MBR0 whereas the reduction for MBRNH4-ZSM-5 was 65.5%. Also results showed that both H-ZSM-5 and NH4-ZSM-5 caused reduction in protein and polysaccharide related EPS but the NH4-ZSM-5 had better performance toward the elimination of organic compounds.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.10
no.1
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pp.32-44
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2002
Selective catalytic reduction of nitric oxide by methane in the presence of excess oxygen was investigated over copper and cobalt ion-exchanged ZSM-5 zeolites. Copper ion-exchanged ZSM-5(Cu-ZSM-5) has the limitations for commercial applications to lean-bum gasoline and diesel engines due to low thermal stability and resistance to water vapor and sulfur dioxide. But cobalt ion-exchanged ESM-5(Co-ZSM-5) is more active at high temperatures and also stable to water vapor and sulfur dioxide for catalytic reduction of nitric oxide by methane. The catalytic activity of Cu-ZSM-5 for NO reduction increases with increasing temperatures, reaches the maximum conversion of 23.0% at 350\"C. and then decreases with higher temperatures. In the meantime catalytic activities of Co-ZSM-5 show the maximum conversion of 25.8% at $500^{\circ}C$ Therefore Co-ZSM-5 catalysts have higher thermal stability at high temperatures. Catalytic activities of both zeolites were remarkably enhanced with the existence of oxygen in the exhaust. It is noted that the catalytic activity of Cu-ZSM-5 decreases with the increasing concentration of methane while the catalytic activity of Co-ZSM-5 decreases with increasing contents of methane in the exhaust. This may imply the existence of different paths of NO reduction by methane in the presence of excess oxygen fur Cu-ZSM-5 and Co-ZSM-5 catalysts. For binary metal ionexchanged ZSM-5, the primary ion-exchanged metal may be masked by secondary ion-exchanged component, which plays the important role for catalytic activities of binary metal ion-exchanged ZSM-5, Therefore CuCo-ZSM-5 catalysts show the similar volcano-shaped curves to Cu-ZSM-5 catalysts between the activity and temperature. It Is interesting that the activities of CoCu-ZSM-5 catalysts indicate almost no dependence on the concentration of methane in the exhaust.aust.
Eom, Gi Tai;Park, Jin Woo;Ha, Jai-Mok;Hahm, Hyun Sik
Applied Chemistry for Engineering
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v.9
no.6
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pp.878-883
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1998
The methane combustion reaction was conducted over Pb-ZSM-5 catalysts. ZSM-5 synthesized at low temperature and atomospheric pressure was used as a support. The change of methane conversion with $SiO_2/Al_2O_3$ molar ratio was tested. The methane conversions of the synthesized Pb-ZSM-5 catalyst was compared with those of a commercial Pd-ZSM-5(PQ Co.) and $PdO/{\gamma}-Al_2O_3$. The methane conversion increased with the decrease in $SiO_2/Al_2O_3$ molar ratio. The combustion rate of methane also increased with the decrease in $SiO_2/Al_2O_3$ molar ratio. The synthesized Pb-ZSM-5 showed better methane conversion than that of the commercial one. It is found that a crucial factor in methane combustion reaction is oxygen adsorption strength on the catalysts.
Park, Jin-U;Kim, Sang-Bum;Kwak, Yun-Cheol;Shin, Ki-Seok;Park, Hong-Soo;Hahm, Hyun-Sik
Journal of the Korean Applied Science and Technology
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v.19
no.2
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pp.123-130
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2002
[Ga]-MFI and H-ZSM-5 catalysts were synthesized under atmospheric pressure and used in the propylene aromatization. The effect of temperature on the product distribution was also investigated. The catalytic activities of the prepared catalysts were compared with the commercialized H-ZSM-5 which was converted from $NH_{4}$-ZSM-5. In the propylene aromatization, product distribution does not depend on the ratio of Si/$Ga_{2}$ with [Ga]-MFI catalyst, but depend on the ratio of Si/$Al_{2}$ with H-ZSM-5 catalyst [Ga]-MFI catalyst shows better dehydrogenation and alkylation activities than H-ZSM-5 catalyst The addition of Ga to H-ZSM-5 catalyst increases the conversion of propylene, selectivity to aromatics, and alkylation. In the propylene aromatization, the selectivity to aromatics slightly increased with increasing temperature with [Ga]-MFI catalyst, while slightly decreased with increasing temperature with H-ZSM-5 catalyst.
Ti-ZSM-5 prepared by secondary synthesis, from the reaction of H-ZSM-5 with vapor phase $TiCl_4$, was characterized with several physicochemical techniques including FT-IR and UV/VIS-DRS. It was found that zeolite structure, surface area and pore volume did not change, and the framework aluminum could not be replaced by titanium atom during the secondary synthesis of Ti-ZSM-5. The incorporation of titanium into the framework might be due to reaction of $TiCl_4$with the silanol groups associated with defects or surface sites. The formation of extra-framework titanium could not be avoided, unless the samples were further treated by water vapor at 550 $^{\circ}C$ or higher temperature. High temperature steam treatment of Ti-ZSM-5 prepared by chemical vapor deposition with $TiCl_4$was efficient to prevent the formation of non-framework titanium species. Ti-ZSM-5 zeolites prepared in this work contained only framework titanium species and exhibited improved catalytic property close to TS-1 prepared by hydrothermal synthesis.
The effects of H2O and residue SO2 in flue gases on the activity of the Fe/zeolite catalysts for low-temperature NH3-SCR of NO were investigated. And the addition effect of Mn, Zr and Ce to Fe/zeolite for low-temperature NH3-SCR of NO in the presence of H2O and SO2 was investigated. Fe/zeolite catalysts were prepared by liquid ion exchange and promoted Fe/zeolite catatysts were prepared by liquid ion exchange and doping of Mn, Zr and Ce by incipient wetness impregnation. Zeolite NH4-BEA and NH4-ZSM-5 were used to adapt the SCR technology for mobile diesel engines. The catalysts were characterized by BET, X-ray diffraction (XRD), SEM/EDS, TEM/EDS. The NO conversion at 200 ℃ over Fe/BEA decreased from 77% to 47% owing to the presence of 5% H2O and 100 ppm SO2 in the flue gas. The Mn promoted MnFe/BEA catalyst exhibited NO conversion higher than 53% at 200 ℃ and superior to that of Fe/BEA in the presence of H2O and SO2. The addition of Mn increased the Fe dispersion and prevented Fe aggregation. The promoting effect of Mn was higher than Zr and Ce. Fe/BEA catalyst exhibited good activity in comparison with Fe/ZSM-5 catalyst at low temperature below 250 ℃.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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