不同钨基催化剂上葡萄糖和纤维二糖催化转化制备乙二醇

以葡萄糖和纤维二糖为模型化合物研究了逆羟醛缩合速率与加氢速率之间的匹配对纤维素转化产物分布的影响。葡萄糖和纤维二糖在共浸渍的Ni-WO₃/SBA-15催化剂和物理混合的Ni/SBA-15、WO₃/SBA-15催化剂上具有不同的产物分布。葡萄糖和纤维二糖在不同钨基催化剂上具有不同的乙二醇收率,其顺序为WO₃ < WO₃/SBA-15 < (NH₄)₆W₇O₂₄·6H₂O (偏钨酸铵),这与它们的颗粒粒径成反比。在相同钨基催化剂用量条件下,葡萄糖转化中乙二醇收率小于纤维二糖。     

三氧化钨基催化剂在纤维素选择性转化合成二元醇反应中的活性相态（英文）

纤维素是自然界最丰富的生物质资源,大量来源于农林废弃物.近年来,人们相继发展了以纤维素为原料合成高附加值化学品的多条路径,它们有望替代目前相应的化石资源路径.其中,以碳化钨(W₂C)、三氧化钨(WO₃)和钨酸(H₂WO₄)为代表的钨基催化剂表现出选择性断裂糖分子C-C键的独特催化性质,结合不同种类的共催化剂,可以将纤维素直接解聚转化为乙二醇、1,2-丙二醇、乙醇和乳酸等多种重要的C_2,3产物.然而,钨基催化剂在纤维素反应中的真实状态和活性相结构尚不确定.W₂C最早被报道可以高效催化纤维素直接转化为乙二醇.随后,我们发现晶态WO₃也具有相似的催化性能,W₂C在反应后其表面被WO₃所覆盖.在纤维素反应中,氢气可以将H₂WO₄还原为钨青铜(H_xWO₃)物种.本文以WO₃和H₂     

WO3/SiO2催化剂上2-丁烯与乙烯歧化制丙烯

采用浸渍法制备了WO₃/SiO₂催化剂,对其进行了UV-Vis DRS和NH₃-TPD表征。将WO₃/SiO₂作为催化剂,以乙烯和2-丁烯为原料制备丙烯,考察了反应温度、质量空速等因素对歧化反应的影响。实验结果表明,催化剂的最佳WO₃担载量为8 %;以8%WO₃/SiO₂ 为催化剂,在反应温度473K~573K、压力3.0MPa、质量空速1.6h^-1下,2-丁烯的转化率可保持在80%以上,丙烯的选择性大于89.2%。经过140h的稳定性实验,2-丁烯的转化率和丙烯的选择性略有下降,适当的提高反应温度（由473K增加到513K）可以恢复催化剂的活性。新鲜催化剂表面存在四面体、八面体六价钨物种和体相WO₃,适当还原的W物种是歧化活性物种;W负载在催化剂表面引入了新的强酸中心,同时明显增加了总酸量。     

SBA-15负载钒氧化物催化剂上甲烷选择氧化反应

对SBA-15负载的钒、钼、钨氧化物催化的甲烷选择氧化反应性能进行了比较,发现VO_x/SBA-15催化剂优于MoOx/SBA-15和WOx/SBA-15催化剂.针对钒氧化物催化剂,考察了不同钒源、不同载体以及少量P元素的添加对催化性能的影响,结果表明以SBA-15为载体的催化剂的性能好于MCM-41和Cab-O-Sil为载体的催化剂;与V₂O₅,VO(C₂O₄)相比,NH₄VO₃是制备性能良好的VO_x/SBA-15的钒源;在VO_x/SBA-15中,添加少量P元素后,HCHO的选择性有一定程度的提高.XRD,N₂物理吸附、UN-Raman和H₂-TPR表征结果表明,负载量低于3 wt%时,钒组分可能主要以高分散的单核的VO_x物种存在,我们推测该物种对甲烷选择氧化制甲醛起关键作用.     

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.     

不同WO3含量对CeO2-ZrO2-WO3催化剂在NH3选择性催化还原NO中的影响

采用水热法制备了CeO₂-ZrO₂-WO₃(CZW)催化剂,考察了WO₃含量对CZW催化剂上NH₃选择性催化还原NO_x性能的影响,并利用X射线衍射、N₂吸附-脱附、H₂程序升温还原、NH₃和NO程序升温脱附等方法对其进行了表征。结果表明,WO₃以无定形的形式存在于催化剂中,添加WO₃后显著提高了催化剂的表面酸性,并且在CZW催化剂上出现了强吸附的NO物种,从而有利于提高催化剂的活性。另外,适量的WO₃引入将增大催化剂的比表面积,促进催化剂的氧化还原性能,这将有利于提高SCR的催化活性。和CeO₂-ZrO₂催化剂相比,当WO₃的含量为20%时,CZW催化剂表现出良好的抗硫性能。此外,当空速为60 000 h^-1时,在200~463 ℃,该催化剂显示出了大于90% NO_x转化率。     

载体对烯烃歧化制丙烯的影响

以SiO₂（SBA-15、MCM-48和SiO₂）和TiO₂-SiO₂（MTS-9）介孔分子筛为载体负载8%WO₃合成钨基催化剂,研究载体对丁烯歧化制丙烯性能的影响以及载体对丁烯转化率和丙烯选择性的影响。以SBA-15、MCM-48和SiO₂为载体时,催化剂的丁烯转化率在30%~37%;以MTS-9为催化剂载体时,丁烯的转化率高达到37%~42%。对所有使用的催化剂进行多种技术表征。结果表明,活性组分在各种载体上的分散度不同,载体MTS-9具有更好的分散能力,表面活性物种数量最多,催化剂WO₃/MTS-9的歧化性能最佳。     

Ni-SiO2催化剂空间限域维度对CH4-CO2重整反应金属抗积碳能力的影响

制备了3种化学组成相同但金属活性位点空间结构不同的Ni-SiO₂催化剂(Ni/SiO₂负载型催化剂、 Ni/SBA-15介孔结构催化剂和Ni@SiO₂核壳结构催化剂), 考察了不同空间限域维度及结构对CH₄-CO₂重整反应活性金属抗积碳机制的影响规律. 结果表明, Ni/SiO₂催化剂无空间限域效应, 抗积碳能力最弱, 表现出最差的稳定性; Ni/SBA-15催化剂存在部分空间限域效应, 抗积碳能力明显提高, 表现出较好的稳定性但是仍有失活; Ni@SiO₂催化剂具有完全几何限域效应, 抗积碳能力最强, 表现出最优的稳定性.     

WO3的引入对MnOx-Fe2O3催化剂上NH3-SCR反应中N2选择性的促进作用

采用溶胶-凝胶法制备了不同含量钨修饰的MnO_x-Fe₂O₃催化剂,重点考察WO₃的引入对NH₃-SCR反应中N₂选择性的影响,通过XRD、BET、XPS、H₂-TPR、Raman和In situ DRIFTS等手段对催化剂的物理化学性质进行表征。结果表明,钨的引入显著提高NH₃-SCR的N₂选择性,当WO₃质量分数为15%时,具有最佳的NH₃-SCR催化性能,且在50-250℃条件下N₂O浓度始终低于0.003%。这主要是由于适量WO₃的引入,导致催化剂物相由α-Fe₂O₃向γ-Fe₂O₃转变,并与锰相互作用形成新的无定型MnWO₄,获得较大的比表面积;使得Mn⁴⁺/（Mn³⁺+Mn⁴⁺）比例减少但Fe²⁺及表面化学吸附氧（O_α）含量增加,从而降低催化剂氧化性;增强催化剂表面的Lewis酸性位点的含量及强度,增强NH₃的吸附,促进了SCR反应,同时抑制了NO₂深度氧化形成硝酸盐物种,降低硝酸盐物种还原产生的副产物N₂O含量,从而显著提高WO₃-MnO_x-Fe₂O₃催化剂在NH₃-SCR中的N₂选择性。     

SiO2和Al2O3负载的Ni基催化剂在甲烷干重整中的催化性能差异

CH₄与CO₂干重整反应对于环境保护和天然气资源的合理利用具有重要意义。SiO₂和Al₂O₃是适用于甲烷干重整反应的两种典型的催化剂载体。为了阐明这两种载体对催化剂性能的影响,本研究采用等体积浸渍法制备了Ni/Al₂O₃和Ni/SiO₂催化剂,并利用BET、TEM、H₂-TPR、XRD、TG和Raman等技术对还原和反应后的催化剂进行了表征。结果表明,由于载体的性质不同,Ni基催化剂在甲烷干重整中的催化性能也不同。Ni/SiO₂催化剂的初始活性较高,但由于其金属-载体相互作用较弱,催化稳定性较差,在800℃下反应15h其催化活性急剧下降;较弱的金属-载体相互作用使得Ni/SiO₂催化剂上的Ni颗粒较大,有利于积炭前驱物种的生成,导致催化剂快速失活。而对于Ni/Al₂O₃催化剂,金属-载体相互作用较强,Ni颗粒较小,但由于Ni与Al₂O₃生成了NiAl_xO_y物种,有效活性位减少,其催化活性相对较低,但催化稳定性较好,干重整反应进行50h其活性保持稳定;Ni与Al₂O₃之间较强的相互作用有利于形成小且稳定的Ni粒子,能减少积炭,因而具有优异的催化稳定性。     

MOR负载的自还原型双功能催化剂用于催化纤维素氢解制乙二醇的研究

以丝光沸石分子筛(MOR)为载体,以高温生物碳源分解产物H2或CO为还原剂,采用等体积浸渍法制备自还原型双功能催化剂Ni-W/MOR,不经过还原过程直接将其应用于纤维素水相氢解制备低碳乙二醇的研究。考察了催化剂的煅烧温度、活性金属含量配比对纤维素转化率和目标产物收率的影响。结果表明,催化剂的煅烧温度在773 K为宜;XRD表征结果说明,催化剂中活性金属结晶度和晶体的种类与催化剂的配比有关;TEM照片可直观地说明,采用上述方法制备的催化剂中活性金属在载体上具有较好的分散性,粒径均小于20 nm。当Ni、W含量分别为10%和15%,煅烧温度为773 K,反应条件为513 K、5.0 M Pa、2 h时低碳多元醇总收率为56.92%,其中,乙二醇收率为52.30%。     

pH值调控构建的纳米Ni-W催化剂用于纤维素氢解制多元醇的研究

采用等体积浸渍法制备了双金属Ni-W催化剂，并研究了制备过程中前驱体溶液pH值对活性的影响。柠檬酸和氢氧化钾分别作为酸碱调节剂将前驱体溶液pH值调节至0.83、1.00、3.09、5.00、7.03、8.97和11.0。纤维素氢解反应结果表明，当前驱体溶液的pH值为1.00时，在氢压为5.0 MPa、温度为518 K的反应条件下，得到低碳（C_2，3）多元醇的总收率为74.5%。此外，通过BET和SEM表征了催化剂的物理性质。其比表面积为330-450 m²/g，且在高温煅烧下SBA-15仍保持良好的水热稳定性。TEM和SEM-EDX结果显示，催化剂粒子在载体表面分散性较好，但也有少量的聚集现象。XRD表征表明，NiO等物种的还原程度明显受到pH值的影响，且镍、钨物种的相态也存在着显著不同。     

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。     

碱催化促进Ni-W/β分子筛催化剂氢解纤维素产1,2-丙二醇的研究

为提高纤维素催化氢解产醇类产物中1,2-丙二醇(1,2-PG)的收率,采用等体积浸渍法制备了以β分子筛为载体负载Ni和W的催化剂。结果表明,当7Ni-20W/β分子筛作为催化剂时,在240℃反应温度和6.0 MPa H_2的条件下反应30 min后,纤维素实现完全转化,1,2-PG和乙二醇(EG)产率分别达到19.3%和45.3%;不同于其他载体催化剂,β分子筛可以明显提高1,2-PG选择性。当不同碱催化剂加入到Ni-W/β分子筛催化剂反应体系后,可以进一步提高1,2-PG的选择性。尤其是当加入Ba(OH)_2后,1,2-丙二醇产率从19.3%提高了32.5%。为了探究碱催化剂在反应中的作用,以葡萄糖为底物进行了一系列的碱催化反应。结果表明,碱催化剂主要作用是有助于将葡萄糖异构化为果糖,从而促进纤维素转化为1,2-PG。催化剂在两次回收重复利用之后1,2-PG的收率只下降3.9%,乙二醇产率收率下降4.1%。     

自还原双功能催化剂催化木质纤维素生物质氢解制低碳多元醇的研究

利用生物碳源在煅烧过程中产生的还原性气体还原金属氧化物来制备自还原型双功能催化剂Ni-W/SBA-15,将其直接应用于催化木质纤维素生物质氢解制备低碳多元醇,省去了催化剂还原步骤。TG和XRD结果表明,制备过程中引入的蔗糖含量为3.0 g时,催化剂中被还原的活性金属含量最高;随着Ni含量的增加,镍粒子逐渐增大;W物种为非晶态。SEM和TEM分析表明,SBA-15均匀地负载Ni、W粒子,且粒径小、分散性好。在自还原型催化剂10%Ni-15%W/SBA-15催化作用下,在反应温度为240℃、氢压为5.0 MPa和反应时间为6 h的条件下,微晶纤维素完全转化,低碳多元醇的收率达68.14%;当以小麦秸秆粉作为反应物时,转化率为85.32%,低碳多元醇总收率为44.71%。     

低温下Pt/Al_2O_3和Pd/Al_2O_3光辅助乙二醇水相重整制氢研究

采用浸渍还原法制备了氧化铝负载的Pt和Pd纳米颗粒催化剂,用于光辅助乙二醇水相重整制氢反应。结果表明,光照能够有效降低乙二醇水相重整制氢的活化能,Pt/Al_2O_3比Pd/Al_2O_3具有更高的H_2转换频率(TOF)和更低的CO选择性。采用XRD、TEM、UV-vis等技术对催化剂的结构和形貌进行了表征,原位漫反射红外光谱(DRIFTS)表明,光照能促进乙二醇分子O-H键的断裂。理论计算表明,Pt/Al_2O_3催化乙二醇重整制氢反应产物中较低的CO选择性主要归因于CO在Pt表面较小的反应能垒,能够较快与H_2O解离的O反应生成CO_2。     

由不同镍盐前体制备高分散Ni/SBA-15催化剂：活化氛围的影响

以硝酸镍和乙酸镍为镍前体,用浸渍法分别在空气和氢气氛围活化制得系列Ni/SBA-15催化剂,通过XRD、H₂-TPD、N₂物理吸附和在线质谱等物理化学手段对催化剂进行了表征,并结合微型高压反应釜萘加氢反应,评价了催化剂的加氢性能。结果表明,氢气氛围活化对硝酸镍为镍前体所制Ni/SBA-15催化剂的镍分散度和活性有显著促进作用,而空气氛围活化对乙酸镍为镍前体所制催化剂有明显促进作用。根据催化剂前体在不同氛围活化时的热分解产物,提出了活化氛围对不同镍前体制得Ni/SBA-15催化剂所产生的作用机理。     

不同助剂对CuO-ZnO/SBA-15催化CO_2加氢制甲醇性能影响的研究

以硅质骨架结构介孔分子筛SBA-15为载体,采用浸渍法合成CuO-ZnO/SBA-15(CZ/SBA-15)、CuO-ZnO-MnO_2/SBA-15(CZM/SBA-15)、CuO-ZnO-ZrO_2/SBA-15(CZZ/SBA-15)三组多孔催化剂,在固定床反应器上评价了各组催化剂催化CO_2加氢合成甲醇的性能,同时结合N_2吸附-脱附(BET)、X射线衍射(XRD)、H_2程序升温还原(H_2-TPR)、程序升温脱附(H_2-TPD、CO_2-TPD)、N_2O滴定、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)等表征研究了不同助剂对CO_2催化加氢制甲醇的影响。结果表明,催化剂中的金属氧化物改变了SBA-15分子筛载体的孔径大小和比表面积;催化剂CuO-ZnO-MnO_2/SBA-15、CuO-Zn O-ZrO_2/SBA-15中铜的分散度(D_(Cu))和比表面积(A_(Cu))更大,表面CuO粒径更小,更易被还原;相比Mn-O簇,Zr-O簇为增强了碱性位点,提高了甲醇选择性。此外,CuO-ZnO-ZrO_2/SBA-15具有更高的氧空位浓度,催化活性更好,其甲醇选择性为25.02%,与CuO-ZnO/SBA-15、CuO-ZnO-Mn O_2/SBA-15相比分别提高了28%和136.9%,催化效果最好。     

钨含量对W/SiO2/Al2O3催化剂上1-丁烯自歧化反应的影响

采用浸渍法制备了一系列钨负载量不同的W/SiO₂/Al₂O₃ 催化剂. 采用X 射线衍射(XRD)、激光拉曼(Raman)光谱、紫外-可见(UV-Vis)光谱、氢气程序升温还原(H₂-TPR)和氨程序升温脱附(NH₃-TPD)等技术对催化剂进行了表征. 实验结果表明: 钨的负载量对催化剂上氧化钨物种的分散程度、还原性以及催化剂的酸性有非常重要的影响. 对该类催化剂上1-丁烯自歧化反应进行了详细考察, 结果表明: 当钨的质量分数为6.0%时,W/SiO₂/Al₂O₃催化剂表现出最佳的歧化活性和稳定性. 原因在于6.0%的钨负载量可以使催化剂上氧化钨物种具有中等程度的分散性、合适的还原性, 并且使催化剂具有一定程度的酸性, 这些因素有利于在催化剂上形成烯烃歧化活性位.