Page 133 - 《精细化工》2020年 第10期

第 10 期 魏小翠，等: ZSM-5/SBA-15 复合催化剂制备及其对生物质热解制生物油 ·2063·

2.1.3 TEM 分析 功合成。
图 5 是制备的 SBA-15、商业 ZSM-5 与复合催 2.1.4 NH 3 -TPD 分析
化剂 ZSM-5/SBA-15 的 TEM 测实结果。由图 5 可知， 制备的 SBA-15、商业 ZSM-5 及复合催化剂
制备的 SBA-15 呈二维六方孔，商业 ZSM-5 可以看 ZSM-5/SBA-15 的 NH 3 -TPD 结果见图 6。3 种催化
出棒状堆积，结合 SEM 结果，可以分析出图中深色 剂的酸量结果列于表 2。由表 2 可知，SBA-15 酸性
部分为堆积结果。在复合催化剂 ZSM-5/SBA-15 较弱，ZSM-5 酸性较强，复合催化剂 ZSM-5/SBA-15
中，ZSM-5 外表面包裹一层物质，结合 XRD 与 强酸量和弱酸量都有所下降，SBA-15 的引入成功降
SEM 结果可知，其为 SBA-15，证明复合催化剂成 低了 ZSM-5 的酸性。

图 5 SBA-15（a），ZSM-5（b），ZSM-5/SBA-15（c）的 TEM 图
Fig. 5 TEM spectra of SBA-15 (a), ZSM-5 (b) and ZSM-5/SBA-15 (c)

列随机化，目的是减少不可控因素的影响 [16] 。

表 3 实验因素水平及编码
Table 3 Experimental factors and levels
因素
编码
温度/℃ 升温速率/(℃/min) N 2 流速/(mL/min)
–1 500 10 60
0 550 15 80
1 600 20 100

表 4 实验设计及结果

图 6 不同催化剂的 NH 3 -TPD 图 Table 4 Design and results of experiment
Fig. 6 NH 3 -TPD spectra of different catalysts 因子编码值 生物油产率/%
编号 A B C 实际值 预测值
表 2 不同催化剂的酸量
1 0 –1 –1 23.70 23.68
Table 2 Acidity of different catalysts
2 0 1 –1 26.58 26.73
温度 1/ 酸量 1/ 温度 2/ 酸量 2/ 总酸量/ 3 1 0 –1 25.21 25.24
催化剂
℃ (mmol/g) ℃ (mmol/g) (mmol/g) 4 1 1 0 26.38 26.19
SBA-15 309.2 0.017 — — 0.017 5 0 –1 1 25.48 25.33
ZSM-5 229.5 0.216 430.3 0.397 0.613 6 –1 1 0 24.54 24.56
ZSM-5/SBA-15 224.7 0.182 417.7 0.301 0.483 7 0 0 0 27.52 27.50
注：—未出现，下同。 8 0 1 1 24.53 24.55
9 –1 0 –1 25.43 25.26
2.2 Box-Behnken 设计实验分析 10 0 0 0 27.43 27.50
2.2.1 实验设计与结果 11 1 –1 0 24.93 24.91
12 –1 0 1 23.51 23.48
根据 Design-Expert8.0.6.1 软件中的 Box-Behnken
13 –1 –1 0 23.37 23.56
设计原理，对玉米秸杆进行非催化热解，以生物油
14 1 0 1 26.31 26.48
产率为实验指标，选取温度（A）、升温速率（B）、 15 0 0 0 27.54 27.50
氮气流速（C）3 个因素为自变量，设计三因素三水
平的响应面正交实验。实验组分为因素分析实验组 2.2.2 回归方程及参数分析
12 个，误差估计实验组 3 个 [15] 。实验因素水平编码 （1）数学模型的建立
如表 3 所示，实验设计及结果如表 4 所示。实验序 根据 Box-Behnken 设计原理，利用所得生物油