The remarkable catalytic properties of La3+ exchanged faujasite type zeolites for Brønsted acid catalyzed (hydro)isomerization, cracking and alkylation was explored combining kinetic measurements and physicochemical characterization. The strong polarization of alkane CH bonds by sterically accessible La3+ cations induced higher reactivity for all three reactions. The strongest polarization was induced by bare La3+ cations, while hydroxyl groups at La3+ sterically hinder the interactions. The presence of such accessible La3+ cations next to Brønsted acid sites considerably enhances hydride transfer and stabilizes carbenium ions, critically enhancing the lifetime for alkylation and enhance the rate of cracking. Reducing the size of the zeolite crystals minimize the true residence time of molecules as well as mass transport limitations.
Übersetzte Kurzfassung:
Die Aktivität von La3+ modifizierten Faujasiten für Reaktionen wie (Hydro)isomerisierung, Cracken und Alkylierung, die durch Brønsted-Säuren katalysiert werden, wurde durch kinetische Messungen und physikalisch-chemische Charakterisierung der Katalysatoren untersucht. Die starke Polarisierung der CH Bindung in Alkanen, hervorgerufen durch frei zugängige La3+ Kationen im Zeolithgitter, führte in allen Fällen zu höherer Reaktivität. Frei zugängliche La3+ Kationen polarisieren die C-H Bindung am stärksten, während die Anwesenheit von Hydroxylgruppen am La3+ Kation dessen Wechselwirkung mit Molekülen behindern. Frei zugängige La3+ Kationen in Nachbarschaft zu Brønsted sauren Zentren erleichtern den Hydridtransfer und stabilisieren Carbenium Ionen, was die Lebenszeit der Katalysatoren bei der Alkylierung und die Rate des Crackens erhöht. Durch eine Verkleinerung der Zeolith-Kristalle wird die Verweilzeit der Moleküle minimiert und Transportlimitierungen innerhalb der Katalysatoren reduziert.
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