镧改性Cu/SiO2催化剂的乙酸甲酯高效加氢催化性能研究

采用蒸氨法制备了镧(La)改性的负载型铜硅(Cu/SiO₂)催化剂,并对其乙酸甲酯(MeOAc)气相加氢制乙醇(EtOH)的催化性能进行了研究。采用N₂吸附-脱附(N₂ adsorption-desorption)、X射线粉末衍射(XRD)、电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)、氢气程序升温还原(H₂-TPR)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、高分辨透射电镜(HRTEM)、光电子能谱(XPS)和原子发射光谱仪(AES)等手段对催化剂进行了的表征,发现La物种的加入产生了较多的层状硅酸铜,增强了Cu和La物种之间的相互作用。La物种的加入在结构方面提高了催化剂的比表面积,降低了铜物种的粒径,提高了铜物种的分散度;在电子还原调控方面提高了Cu⁺的含量,增强了催化剂吸附酰基和甲氧基的能力。与未改性的Cu/SiO₂催化剂相比,镧改性后Cu/SiO₂催化剂的乙酸甲酯加氢性能得到大幅提升;其中La掺杂量0.5%的Cu/SiO₂     

Cu/SiO2催化剂结构对乙酸甲酯加氢性能的影响

采用尿素水解法制备了Cu/SiO₂催化剂, 探究其用于乙酸甲酯(MA)加氢制取乙醇的催化性能, 并通过N₂物理吸附、X射线衍射(XRD)、程序升温还原(TPR)、透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)等表征方法分析了催化剂的物理化学特性, 探究了铜负载量和还原温度等对催化剂结构的影响, 以及与催化活性之间的关系. 发现在铜负载量分别为10%、20%和30% (质量分数, w)的催化剂中, 铜负载量为20%的催化剂因具有较多且分散均匀的活性组分而表现出最佳的加氢效果. 接着在铜负载量为20%的催化剂上研究了还原温度(270, 350, 450 ℃)对催化性能的影响, 发现在350 ℃下还原的催化剂活性最高, 在最佳的反应条件下, 乙酸甲酯转化率达到97.8%, 乙醇选择性达到64.9% (理论最大值为66.6%), 主要归属于它具有较高的铜物种分散度, 最合适的Cu⁰/(Cu⁰+Cu⁺)摩尔比例, 同时实现了解离氢气和活化乙酸甲酯的功能.     

催化剂表面Cu0含量对二氧化碳加氢合成C2+醇性能的影响

通过在空气气氛下焙烧Cu@Fe-MIL-88B MOF材料制备了CuFe组分均匀分散的催化剂前驱物, 该前驱物经过不同温度下的预还原制得表面具有不同Cu和Fe价态分布的系列催化剂. 将所制备的催化剂用于固定床反应器上CO₂加氢合成C₂₊醇的性能研究, 并结合催化剂的X射线衍射(XRD)、 X射线光电子能谱(XPS)、 氢气程序升温还原(H₂-TPR)、 氮气吸附-脱附、 扫描电子显微镜(SEM) 和高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)等表征结果发现, 较高的还原温度增加了催化剂表面低价态的Cu和Fe的含量; 当还原温度为350 ℃时, 催化剂表面Cu⁰/(Cu⁺+Cu⁰)摩尔比为73.9%, 单质Fe摩尔分数为0.40%, 催化效果最好, CO₂转化率达到6.82%, 总醇选择性为39.4%, 其中C₂₊醇的摩尔比达到95.1%.     

助剂Cr对Cu/SiO2催化碳酸酯加氢制甲醇性能的影响

碳酸酯催化加氢制甲醇作为二氧化碳定向转化的间接路径具有重要意义.采用蒸氨法合成了一系列助剂铬修饰的Cr_x-Cu/SiO₂催化剂，系统考察了其对碳酸二乙酯催化加氢性能的影响.研究表明，3 wt%铬修饰量的催化剂活性最优.在反应温度503 K、氢气压力2.5 MPa及液时空速1.0 h^-1条件下，碳酸二乙酯的转化率可达99%，目标产物甲醇的收率和时空得率分别为86.2%和5.6 mmol_MeOH·g_cat^-1·h^-1.采用X射线粉末衍射（XRD）、N₂吸脱附、透射电镜（TEM）、氢气程序升温还原（H₂-TPR）、X射线光电子能谱（XPS）和原位漫反射傅里叶变换红外光谱（In-situ DRIFTS）等手段表征了铬的修饰对催化剂物化性质的影响.结果表明，相较于未修饰的Cu/SiO₂催化剂，少量铬修饰所得Cr_x-Cu/SiO₂催化剂表面活性铜物种的分散度显著提高，且由部分铜和铬相互作用形成的亚铬酸铜物相优化了不同价态铜物种的表面分布状况及催化剂对底物的吸附构型，有效提升了其对碳酸二乙酯催化加氢制甲醇的反应性能和稳定性.     

前驱体物相转变对浆态床合成甲醇催化剂活性的影响

采用并流共沉淀法, 通过考察老化温度, 研究CuO/ZnO/Al₂O₃催化剂前驱体晶相及组成的变化对浆态床催化合成甲醇的反应活性的影响. 结果表明, 前驱体的物相转变对浆态床合成甲醇活性影响显著, 单斜晶系锌孔雀石(Cu,Zn)₂CO₃(OH)2和斜方晶系绿铜锌矿(Cu,Zn)₅(CO₃)₂(OH)₆晶体是产生高活性催化剂的主要物相. 随着Cu²⁺/Zn²⁺进入Zn₅(CO₃)₂(OH)₆/Cu₂CO₃(OH)₂晶格, 离子同晶取代量增加, 催化剂前驱体中形成了固定铜锌比的锌孔雀石和绿铜锌矿物相. 焙烧后催化剂比表面积增大, CuO-ZnO固溶体协同作用加强, 浆态床催化合成甲醇的活性提高.     

硅源对蒸氨法制备Cu/SiO2催化剂催化甲醇裂解制氢的影响

采用蒸氨法制备Cu/SiO₂催化剂,分别考察气相二氧化硅（SiO₂-aer）、硅胶（SiO₂-gel）和碱性硅溶胶（SiO₂-sol）对Cu/SiO₂催化剂催化甲醇裂解制氢性能的影响,并采用N₂吸附-脱附、N₂O化学吸附、电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）、X射线衍射（XRD）、H₂程序升温还原（H₂-TPR）、透射电子显微镜（TEM）和X射线光电子能谱（XPS）等方法对催化剂进行表征。结果表明,硅源对Cu/SiO₂催化剂的活性具有较大影响。以碱性硅溶胶作为硅源制得的Cu/SiO₂-sol催化剂比表面积较大,活性中心粒径较小且分散均匀,这些使得其制氢性能优于其他两种硅源为载体所制备的催化剂。在反应温度280 ℃,反应压力1 MPa,甲醇质量空速0.6 h^-1的条件下,相较于Cu/SiO₂-aer和Cu/SiO₂-gel催化剂,Cu/SiO₂-sol催化剂的甲醇转化率分别提高10％和7％,气相副产物CH₄和CO₂浓度也有所降低,该催化剂上的甲醇转化率和气体收率分别达到98.4%和96.7%。     

糠醛气相加氢制备糠醇Cu/SiO2催化剂的失活机理研究

采用共沉淀法制备了Cu/SiO₂催化剂，在固定床反应器上评价其糠醛气相催化加氢制备糠醇的反应性能，并采用XRD、H2-TPR、ICP-OES、XPS、TG、Raman、TEM等手段对使用后的Cu/SiO₂催化剂进行表征，研究其在反应中的失活机理。在常压、反应温度140℃、质量空速2.4 h^-1、氢醛比9.7的条件下，反应5 h内糠醛转化率均高于97%；反应6-21 h，糠醛转化率从96%快速下降到32%，说明Cu/SiO₂催化剂在糠醛加氢反应中快速失活，失活的主要原因是活性组分铜的团聚烧结和催化剂表面上积炭覆盖了反应活性位。     

草酸二甲酯气相催化加氢合成乙二醇的研究

采用共沉淀法制备了一系列 CuO/SiO₂ 催化剂,进行草酸二甲酯气相加氢活性评价,分别考察了不同沉淀剂（Na₂CO₃、NH₃·H₂O、NaOH）、催化剂组成以及反应工艺条件对加氢性能的影响。采用N₂ 吸附脱附、N₂O吸附、XRD、TG热重分析、H₂-TPR等手段对催化剂进行表征。结果表明,草酸二甲酯加氢反应活性与Cu⁰有关,提高铜比表面积有利于提高加氢活性。采用以NaOH沉淀剂制备的CuO质量分数为50%的CuO/SiO₂催化剂,在200℃、2MPa、0.07h^-1和氢酯摩尔比为100时,草酸二甲酯转化率可达 98%,乙二醇选择性87%,且催化剂表现出较好的稳定性。     

高活性Cu-ZnO@SiO2纳米催化剂催化CO2加氢制甲醇

铜基催化剂可被广泛应用于CO₂加氢制甲醇,其催化活性高度依赖载体.本文通过St?ber法合成了SiO₂纳米微球,将其作为载体制备了Cu-Zn O@Si O₂催化剂；将该催化剂应用于CO₂加氢制甲醇,并与常规共沉淀法制备的Cu-Zn O催化剂进行了对比.通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、氢气程序升温还原(H₂-TPR)和二氧化碳程序升温脱附(CO₂-TPD)等手段对催化剂进行了表征.结果表明，Cu-Zn O@Si O₂催化剂具有更高的Cu分散性和CO₂吸附能力,Si O₂的加入提高了催化剂表面Cu⁺/Cu⁰的比例,从而影响了催化性能.研究发现,在H₂/CO₂摩尔比为3,230℃,2.0 MPa和气体体积空速为3600 m L·g     

甲酸辅助Cu-ZnO-Al2O3催化剂制备及其CO2加氢制甲醇性能研究

采用共沉淀法制备Cu/Zn/Al前驱体,经甲酸处理后N₂气氛焙烧得到Cu-ZnO-Al₂O₃催化剂(CZA)用于CO₂加氢制甲醇反应。使用XRD、BET、TG-DSC、SEM、H₂-TPR、N₂O滴定、XPS-AES、CO₂-TPD表征技术对催化剂的物相组成、结构性质以及Cu物种的比表面积、分散度以及价态分布进行分析和讨论。结果表明,甲酸处理调节了催化剂中Cu⁺与Cu⁰的比例,同时增加催化剂的中强碱性,并提高甲醇选择性。在W/F(H₂/CO₂=70/23)=10 g·h/mol、t=200℃、p=3 MPa反应条件下,使用HCOOH/Cu(物质的量比)=0.8甲酸处理获得的催化剂,CO₂转化率6.7%,甲醇选择性达76.3%。     

壳聚糖表面修饰的SiO2负载Ni-B非晶态合金的制备及催化性能

以壳聚糖(CS)对SiO2进行表面修饰, 采用浸渍还原法制备了负载型Ni-B非晶态合金催化剂(Ni-B/CS/SiO2), 并采用XRD、FTIR、电感耦合等离子体发射光谱(ICP)、BET、XPS、TEM、SAED等表征方法研究了催化剂的非晶性质、原子组成、尺寸分布及粒径大小等. 考察了催化剂对糠醇加氢制四氢糠醇反应的催化性能, 并与没有壳聚糖修饰的Ni-B/SiO2催化剂及Raney Ni催化剂进行了对比. 结果表明, 加入壳聚糖制得的Ni-B/CS/SiO2催化剂的活性组分Ni-B团簇粒径更小, 表面活性组分浓度更高, 催化活性更高.     

超临界CO2中模板法制备TiO2/SiO2复合多孔材料

在超临界CO2中以颗粒状活性炭为模板,正硅酸乙酯和钛酸四正丁酯为前驱体制备了TiO2/S iO2复合多孔材料。研究了超临界状态下不同涂层温度和涂层压力对涂层率的影响,当温度为40℃时,压力在22 MPa为该温度的最佳涂层压力;固定压力为22 MPa,涂层温度为70℃为最佳涂层条件。X射线衍射(XRD)的研究结果表明,产物由锐钛矿型TiO2、金红石型TiO2以及结晶的S iO2这3种物质构成。根据产物的N2气吸附-脱附等温线计算,产物的比表面积达到144.44 m2/g,平均孔径为7 nm左右。扫描电子显微镜的分析结果证明,产物在一定程度上实现了对模板的复制,同时透射电子显微镜显示,复合材料的纳米颗粒尺寸具有良好的分散性。     

介孔氧化硅织构效应对铜基催化剂在草酸二甲酯催化加氢合成乙二醇反应中的影响

用沉积沉淀法合成了不同织构特征介孔氧化硅负载的铜基催化剂, 并以草酸二甲酯催化加氢合成乙二醇为探针反应考察了由不同织构特性氧化硅制备的Cu/SiO₂对催化反应性能的影响, 结果表明以具有二维规整六方孔道结构的SBA-15作为载体合成的Cu/SBA-15催化剂有最佳的催化性能. 在反应温度为473 K、压力为2.5 MPa、氢酯比为50、液时空速为0.83 h^－1的条件下, 草酸二甲酯的转化率达到100%, 并且乙二醇的选择性达到95%. 采用X射线粉末衍射、N₂低温吸附、H₂-TPR, N₂O滴定、X射线光电子能谱对系列催化剂进行了系统表征, 阐述了载体织构效应对催化性能影响的本质原因. 研究表明以具有二维规整六方孔道结构的SBA-15作为载体能够影响活性铜物种的分散度和铜物种与载体间的相互作用, 这两个为草酸二甲酯加氢合成乙二醇起关键作用的因素.     

Na-W-Mn/SiO~2催化剂中Na-Mn协同作用的分子轨道研究

对于甲烷氧化偶联Na-W-Mn/SiO~2催化剂中组分效应的研究表明,单独担载Mn的催化剂非常活泼,具有很强的烃类氧化能力并导致深度氧化产物CO~x的形成;而Na的加入能抑制其活性并对提高催化剂的C~2选择性起了关键作用,对催化剂电子结构及不同金属中心分子轨道的研究揭示了Na-Mn协同作用的机制。催化剂中Na的存在将产生自由电子,处于体相的Mn将在-3eV附近产生空的能带。处于催化剂表面的Mn,无论以分散形式存在或是以氧化物团簇存在,其LUMO能级都很低,具有很强的氧化能力。加入Na以后,由Na产生的自由电子将处在体相Mn产生的空带或占据表面Mn-O中心的低LUMO轨道,其结果,一方面使Na的加入并不使催化剂呈现强的碱性而居致CO~2中毒;另一方面Mn-O中心接受电子后将抑制其强氧化能力保证了催化剂的高选择性。     

种子表面改性法制备核壳结构PSt/SiO_2复合微球

首先采用无皂乳液聚合法合成了表面带负电荷、粒径为360nm的单分散聚苯乙烯(PSt)种子乳液,并以EtOH/H2O混合物为分散介质,利用γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)在25℃下对PSt微球表面进行改性,得到了表面硅烷化并带有正电荷的改性PSt种子乳液,然后在碱性条件下加入原硅酸乙酯(TEOS)使其和微球进行共水解与共缩聚,制备出了核壳结构PSt/SiO2复合微球,并利用电镜对复合微球的结构形态进行了表征.研究表明,PSt种子乳液改性时体系的zeta电位随着KH-550用量的增加而升高,当KH-550用量为PSt种子重量的1/3时,体系的zeta电位从原来的-34.5mV升高到了38mV,达到对PSt微球表面改性的最佳值;在制备PSt/SiO2复合微球时,TEOS水解缩聚形成的SiO2包覆到改性微球上的量随着反应时间的延长而增加,反应24h时达到97.9%的最大值;随介质中水含量的增加,吸附到复合微球表面上的SiO2纳米颗粒逐渐减少,复合微球表面逐渐变得光滑,当EtOH/H2O质量比降低到60/28.5时,得到结构均一、壳层厚度为35nm的核壳结构PSt/SiO2复合微球。     

NiB/SiO2非晶态合金催化剂用于糠醇加氢制四氢糠醇的研究

用化学镀方法制备了负载型NiB/SiO2非晶态合金催化剂，并采用ICP、BET、TEM、XRD等手段研究了NiB在SiO2表面的存在状态及非晶性质。研究了糠醇在该催化剂上加氢制备四氢糠醇的反应行为，考察了反应温度、压力、搅拌速度等因素对催化剂性能的影响。结果表明，在2.0MPa、120℃、550r/min时，糠醇的转化率在99％以上，四氢糠醇的选择性可达100％。在此条件下和骨架Ni的催化性能相当。     

吸附相反应技术制备Ag纳米粒子的反应机理

利用吸附相反应技术在SiO2表面制备Ag粒子, 研究了温度变化对载体表面NaOH的吸附、生成Ag的反应过程以及产物Ag粒子形貌的影响. NaOH的吸附率测定结果表明, 吸附平衡时间随着温度升高而增加. 温度升高加快了NaOH与Si—O—Si的反应, 使得NaOH的平衡吸附率不随吸附层的破坏而减少. 采用实时在线UV-Vis光谱研究了Ag粒子的生成过程, 发现温度超过40 ℃时, 反应体系中Ag出现的时间、Ag粒子的浓度和粒径分布范围都发生较大变化. 样品的TEM和XRD分析也表明, 当体系温度超过40 ℃时SiO2表面Ag粒子出现了团聚, 其晶粒粒径也出现了突变. 温度升高导致表面吸附层破坏, 使得Ag的生成场所从吸附层转移到SiO2表面, 最终导致Ag的反应机理和粒子形貌的变化.     

Ag/SiO2复合薄膜的紫外光还原制备及其光学性能

采用溶胶凝胶法(sol-gel)制备不同Ag掺杂量的Ag/SiO2复合薄膜,通过紫外辐射技术对薄膜进行了还原处理,采用XRD、SEM、IR、UV-Vis、Raman和荧光光谱(PL)等技术对薄膜样品结构进行了表征和光学性能测试.XRD结果表明,复合薄膜样品中的Ag纳米粒子呈面心立方相,利用谢乐公式计算出金属银的平均晶粒尺寸约为10.2 nm;SEM结果显示,所得Ag/SiO2复合薄膜均匀性良好,薄膜中绝大部分纳米颗粒尺寸较小,薄膜约厚1μm;UV-Vis结果表明,随着,nAg/nSi的增加,Ag纳米粒子在420 nm附近的表面等离子共振吸收峰逐渐增强,并伴有一定的红移;PL谱表明,由于Ag纳米粒子的表面等离子共振,薄膜样品在442 nm处发出强光,并且随着Ag浓度增大,发光强度略有降低,出现蓝移;从Raman光谱可以看出由于Ag纳米颗粒表面局域电磁场增强造成的表面增强的拉曼散射(SERS).     

Pd/CexZr1-xO2/SiO2催化剂的制备及其甲烷催化燃烧性能的研究

采用浸渍法制备了Pd质量分数为0.1%~1.0%的Pd/SiO2和Pd/5%CexZr1-xO2/SiO2（x0.0~1.0）系列催化剂，在微型固定床反应器上对催化剂的甲烷催化燃烧性能进行了评价，用XRD、H2-TPR等分析测试技术对催化剂的结构进行了表征。结果表明，Pd/SiO2和Pd/CexZr1-xO2/SiO2催化剂都具有较好的甲烷催化燃烧活性，CexZr1-xO2可以明显提高催化剂的催化活性，并且Ce和Zr的比值对催化剂催化活性也有显著的影响。XRD和TPR显示，Pd/CexZr1-xO2/SiO2催化剂中的CexZr1-xO2对PdO的分散性和还原性有较好的促进作用。     

ZrO2助剂对Co/SiO2催化剂在Fischer-Tropsch 合成反应中稳定性的影响

采用TPR、XRD、XPS和H2脉冲吸附等表征手段考察了ZrO2助剂对Co/SiO2催化剂在Fischer-Tropsch(F-T)合成中稳定性的影响。结果表明，ZrO2的引入促进了钴物种在催化剂上的分散并明显抑制了该催化剂的失活；在反应过程中ZrO2起到结构助剂的作用，明显抑制了Co/SiO2催化剂上硅酸钴或水合硅酸钴物种的生成。