双官能卟啉铝配合物催化二氧化碳与环氧化合物的共聚合

为解决聚合物中有毒金属残留问题,选择绿色环保的金属铝作为催化剂活性中心,并通过将助催化剂季铵盐接在卟啉配体上的方法,合成了新型双官能化卟啉铝配合物,通过1H-NMR、13C-NMR、MALDI-TOF等方法对其进行了表征和确认.该催化体系可在不加助催化剂的条件下高效催化CO2/环氧丙烷(PO)共聚合,其活性显著高于传统的卟啉铝配合物/季铵盐双组份催化体系.使用配合物1b详细考察了温度、压力等因素对聚合反应的影响,在90℃,3.0 MPa的反应条件下,反应5 h后TOF(单位时间内每摩尔催化剂转化的单体数)可达1152 h-1,所得聚合物碳酸酯含量98%,数均分子量Mn=42×103,但聚合物选择性较低(68%).配合物1b同样可以高效的催化CO2/环氧环己烷(CHO)共聚,在相同的反应条件下,TOF可达621 h-1,聚合体系中无环状副产物生成,所得聚合物碳酸酯含量81%,数均分子量Mn=8.0×103.另外,通过改变配合物中的季铵盐阴离子和轴向配体,考察了不同引发基团对催化剂活性、聚合物选择性的影响.     

聚合物催化剂——Ⅰ.季铵盐聚合物试剂作三氯乙酸分解的催化剂

本文合成了一些季铵盐聚合物试剂,研究了这些试剂对三氯乙酸分解生成三氯乙酰氯的催化作用。不同季铵盐聚合物催化剂对三氯乙酸分解的催化活性顺序如下: (?) (?) 聚合物催化剂经重复使用后,活性并无明显降低。     

一个手性相转移催化剂的合成

近十几年来,手性相转移催化剂在不对称催化反应中得到了广泛应用,如不对称烷基化、Michael加成、环氧化、羟醛缩合等[1].手性季铵盐是手性相转移催化剂中很重要的一类,有代表性的是Corey和Lygo等设计合成的蒽甲基金鸡纳碱季铵盐催化剂及Maruoka等设计的具有C2对称轴的螺环手性季铵盐催化剂[2].这些催化剂对一些反应有很高的对映选择性.我们结合这两类催化剂的特点,设计合成了手性催化剂T,化合物的结构经1H NMR,13C NMR,MS及元素分析确认.     

季铵盐和叔胺协同催化一步酯交换法合成碳酸二甲酯的研究

以不同季铵盐和叔胺为催化剂,考察了它们各自和协同催化甲醇、CO2和环氧丙烷(PO)或环氧氯丙烷(ECH)一步法合成碳酸二甲酯(DMC)的催化性能。结果表明,季铵盐对一步法合成DMC中第一步反应(即CO2和PO环加成反应生成环状碳酸酯)的催化性能较好,而叔胺对一步法合成DMC中第二步反应(即环状碳酸酯与甲醇反应生成DMC)的催化效果较好。其中,以双十六烷基二甲基溴化铵(DHDMAB)和N,N-二烯丙基甲基胺(MDAA)分别为季铵盐和叔胺的协同催化性能最佳,其DMC产率达35.2%。此外,以PO为环氧化合物的DMC产率远高于ECH。     

Zr-MOF空心纳米球固载离子液体对CO2环加成反应的催化性能

通过后合成修饰方法(PSM)构筑了空心纳米球(Void@UiO-66-Ⅰ)和实心块(UiO-66-Ⅰ) 2种形貌的季铵盐功能化UiO-66-NH₂(Zr), 得到兼具酸碱活性位点和氢键给体的新型功能化金属-有机框架材料. 通过一系列表征证明2种催化剂的成功合成, 并将它们用于催化转化CO₂和氧化苯乙烯的环加成反应. 由于Void@UiO-66-Ⅰ催化剂的季铵盐部分含有大量的羟基和卤素阴离子, 可以通过氢键和亲核攻击与环氧化合物连接, 诱导环氧化合物开环, 促使反应顺利进行, 且催化剂的中空结构有利于物质进出催化剂, 起到加快反应速率的作用, 使得该催化剂在CO₂与氧化苯乙烯环加成反应中表现出比实心块UiO-66-Ⅰ催化剂更好的催化性能. Void@UiO-66-Ⅰ催化剂在120 ℃, CO₂压力为1.2 MPa, 反应时间为6 h, 无溶剂和助催化剂的反应条件下, 碳酸苯乙烯酯的收率和选择性分别为85.5%和95%.     

辛可宁季铵盐的合成及催化不对称烷基化研究

探索了辛可宁季铵盐的通用合成方法, 确定辛可宁与取代苄溴在四氢呋喃中回流为最优反应途径, 合成了11个羟基保留的辛可宁季铵盐, 收率57%~88%, 并合成了4种羟基保护季铵盐, 羟基成醚过程在生成季铵盐前后均可进行, 总收率62%~71%; 羟基酯化只能在生成季铵盐之后进行, 总收率78%. 本文共合成了15个季铵盐(Cn-1~Cn-15), 其中5个为新化合物, 另有4个的合成方法未见文献报道. 选用该类季铵盐催化剂催化二苯亚甲基甘氨酸叔丁酯的不对称苄基化反应, 结果发现, 催化剂苄基具有4-Br取代或羟基成醚均有助于提高反应产物的对映选择性. Cn-9可得到最优的反应结果, 产率93%, e.e.值91%.     

环氧环戊烷的无溶剂合成工艺

以聚苯乙烯-二乙烯苯接枝磷钨酸季铵盐为三相相转移催化剂,以H2O2为氧化剂,KCl为助催化剂,研究了环戊烯(CPE)合成环氧环戊烷(CPEO)的无溶剂工艺。 讨论了催化剂和助催化剂用量、反应温度、反应时间、环戊烯与H2O2摩尔比对反应的影响。 确定了无溶剂环氧环戊烷合成反应的条件为(以0.056 mol H2O2计)：催化剂1.0 g、助催化剂0.025 g、反应温度40 ℃、反应时间5 h、n(CPE)∶n(H2O2)=2.1∶1.0。 CPEO的平均收率约为96%。 催化剂回收重复使用6次活性无明显降低。     

相转移催化剂A-1催化合成扁桃酸

分子结构为（C8－10H17－21）3N^ CH3C^-的季铵盐（A－1）经实验证明是合成扁桃酸的一种优良的相转移催化剂,其催化活性要优于其它短碳链的季锭盐和聚乙二醇。使用季铵盐A－1,扁桃酸收率可达92％,季铵盐A－1在分离过程中不乳化,使产物易于分离纯化,还可循环使用,且产率较高。     

硫酸氢季铵盐催化环氧化物和氮杂环丙烷的醇解反应

利用四丁基硫酸氢铵(TBAHS)和大孔树脂(D201型)支载的硫酸氢季铵盐(D201-HSO4), 分别催化环氧化合物或氮杂环丙烷与甲醇的开环反应, 以高产率得到β-甲氧基醇或β-甲氧基胺. 两种催化剂对该反应都很有效, 但大孔树脂支载的硫酸氢季铵盐(D201-HSO4)易于制备, 并可以重复使用.     

固载型季铵盐离子液体催化合成环状碳酸酯:烷基链长及羟基的影响

CO2是造成温室效应的主要原因,同时又是地球上储量最为丰富的可再生C1能源.因此,CO2资源化受到了广泛关注.CO2与环氧化物反应可合成环状碳酸酯,后者广泛用作极性溶剂、锂离子电池的电解液和聚碳酸酯中间体等.但是,由于CO2的化学惰性,其反应需要高活性的催化剂.近年来,碱性金属、金属配合物及离子液体等均相催化剂被用于催化CO2与环氧化物加成反应.其中,离子液体具有高热稳定性、低挥发性和结构可调性,得到了广泛研究.季铵盐、咪唑盐和季鏻盐等离子液体已经被证实具有较高的催化活性.然而,均相催化剂回收困难,而且产物需要进一步纯化.将离子液体固载化制备成非均相催化剂,可以实现简单的固/液分离.聚合物、SiO2、SBA-15、氧化石墨烯和羧甲基纤维素等固载化催化剂已经广泛用于CO2和环氧化物的环加成反应.虽然非均相催化剂显示了潜在的优势,但是催化活性较低的问题仍然亟待解决,尤其是在较温和的反应条件下.因此,通过催化剂分子结构设计以提高催化性能,成为目前的研究热点.本文提出在催化活性基团和载体之间引入长烷基链,增加催化活性位点与反应物的接触面积,同时引入助催化的羟基,通过长链与羟基的协同作用,提高非均相催化剂活性.本文合成了羟基功能化长柔性链季铵化聚苯乙烯微球非均相催化剂([AHTAPC-PS]X,X=Cl,Br,I),用于催化CO2与环氧化物的环加成反应,并与不含羟基的长烷基链季铵盐离子液体非均相催化剂([TAPB-PS]Br)及短烷基链季铵盐离子液体非均相催化剂([TMA-PS]X)的催化性能进行了对比.考察了固载后的离子液体烷基链长及侧链羟基对催化性能的影响,并通过实验和密度泛函理论计算研究了催化机理.红外光谱、扫描电镜和能量散射谱结果充分证明了季铵盐非均相催化剂的成功合成;热重测试表明,此类催化剂具有可以满足反应需求的热稳定性.密度泛函理论计算结果显示,与短烷基链非均相催化剂相比,长烷基链非均相催化剂的阴离子负电性更强,同时羟基与环氧化合物的氧原子之间存在强的氢键作用.羟基形成的氢键可以增加环氧化物的C–O键长,同时强负电的阴离子更加容易攻击β-碳原子,促进环氧化物开环.另外,长烷基链结构使得卤素阴离子具有与反应物更大的接触范围,因此提高了反应活性.当采用短烷基链季铵盐非均相催化剂时,环氧丙烷(PO)与CO2环加成反应生成碳酸丙烯酯(PC)的产率仅为70.9%,而采用长烷基链季铵盐非均相催化剂时产率可达91.4%(135°C,1.5MPa,3h),进一步加入助催化的羟基,则PC产率可提高到98.5%.此外,含羟基的长烷基季铵盐非均相催化剂在温和条件下也具有较高的催化活性(100°C,1.5 MPa,3 h,PC产率78.4%),该催化剂同时具有较高的循环稳定性(10次循环后,PC产率≥96%,选择性≥99%).综上所述,该催化剂具有优异的综合性能,展现了良好的工业应用前景.     

表面活性剂对完全液相法制Cu-Zn-Al浆状催化剂结构和性能的影响

采用完全液相法制备了Cu-Zn-Al双功能浆状催化剂, 利用不同类型表面活性剂对其进行了修饰和改性. 通过N2气吸附、XRD和XPS等方法考察了表面活性剂类型对催化剂织构、物相以及表面性质的影响, 采用浆态床反应装置对其合成气一步法制备二甲醚的催化活性进行了评价, 讨论了催化剂结构与性能的关系. 结果表明, 表面活性剂主要是通过与活性金属的作用调节催化剂的表面性质、孔结构、相结构以及晶粒大小, 进而影响催化剂的催化活性; 非离子表面活性剂总体上对催化剂的性能有促进作用, 阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂对催化剂性能存在不利影响; 表面活性剂与活性金属作用的强弱是影响性能的关键.     

Unsupported Molybdenum and Cobalt-Molybdenum Nitrides for Thiophene Hydrodesulfurization

The catalytic activity and the structure of unsupported Mo and CoMo nitrided catalysts were investigated. It was found that the structure and catalytic activity of the nitrided catalysts are influenced by the conditions of nitridation. Molybdenum oxynitrides are more active in hydrodesulfurization (HDS) of thiophene than MoS₂. The addition of cobalt to nitrided Mo improves its HDS activity, however, sulfided CoMo catalyst is still more active than the nitrided one. Synergy between Co and Mo for the nitrided unsupported CoMo catalyst exists at lower degree than for the sulfided form of CoMo.     

菲加氢裂解制BTX的催化剂研究

采用等体积浸渍法制备了Ni/ZSM-5、Ni/HY、Ni/Al₂O₃和Ni/USY四个系列Ni含量不同的催化剂,在固定床反应器中考察了四类催化剂对菲的加氢裂化制BTX反应的催化性能。借助BET、SEM、热重和差热分析对催化剂的形貌、比表面积、平均孔径及积炭情况进行了表征,结合其结果对催化剂性能进行了分析。结果表明,Ni/HY和Ni/USY催化剂中Ni含量为12%时性能最优,收率可达52%。Al₂O₃催化剂的最佳Ni含量为6%,该系催化剂初始性能尚可,但失活较快;ZSM-5型分子筛催化剂性能较差。     

CO Selective Oxidation in Hydrogen-Rich Gas over Copper-Series Catalysts

The performances of CO selective oxidation in hydrogen-rich gas over four catalytic systems of CuO/ZrO2, CuO/MnO2, CuO/CoO and CuO/CeO2 were compared. The reducibility of these catalysts and the effect of CuO and CeO2 molar ratio of CuO/CeO2 catalysts on the activity of selective CO oxidation are investigated by XRD and TPR methods. The results show that the catalysts with the exception of CuO/ZrO2 have the interactions between CuO and CoO, CeO2 or MnO2, which result in a decrease in the reduction temperature. Among the catalysts studied, CuO/ZrO2 catalyst shows the lowest catalytic activity while CuO/CeO2 catalyst exhibits the best catalytic performance. The CuO(10%)/CeO2 catalyst attains the highest CO conversion and selectivity at 140 and 160℃. The addition of 9% H2O in the reactant feed decreases the activity of CuO/CeO2 catalyst but increases its CO selectivity.     

二甲醚水蒸气重整制氢的ZSM-5和Cu-Zn的复合催化体系

二甲醚水蒸气重整制氢反应是燃料电池理想的供氢方式之一.探讨了二甲醚水蒸气重整过程中的反应与反应、反应与传热的耦合协同效应.采用二甲醚水解催化剂ZSM-5(硅铝比为25)和甲醇水蒸气重整催化剂(Cu-Zn系列及商用Cu-Zn-Al催化剂)混合制得二甲醚水蒸气重整的复合催化剂.在固定床反应装置中评价了催化剂活性并对催化剂进行了透射电镜、X射线衍射及N2吸附表征.结果表明,复合催化剂的活性除了受催化剂组成和铜含量的影响外,还与Al和Zr的量有关.在Cu:Zn摩尔比为60:30时,Al和Zr的同时加入使催化剂中Cu晶粒分散最好,催化剂具有较高的低温活性,二甲醚在空速为4 922 ml/(g·h)和260℃下的转化率达到72%.     

Effect of CO2/CO Addition in Dehydroaromatization of Methane on Zeolite-Supported Mo and Re Catalysts Towards Hydrogen, Benzene and Naphthalene

High activity and high formation selectivity for aromatics in the dehydrocondensation reaction of methane were realized only on selected catalysts. The requisites of a metal and a zeolite support as the selected catalyst were described. However, the catalytic activity steadily declined even on the selected catalysts with time on stream because of coke accumulation. A stable catalytic activity was obtained when CO₂ or CO was added into methane feed due to effective removal of coke from the catalyst surface by CO or CO₂. The route from methane to aromatics and the formation process of active phase of catalyst were discussed.     

溶胶-凝胶法制备负载磷钼杂多酸铵催化苯硝化反应

以正硅酸乙酯为硅源,利用溶胶-凝胶法制备负载磷钼杂多酸铵催化剂（AMPA/SiO2）,采用X射线衍射和红外光谱测试技术对催化剂进行了表征,并初步评价了催化剂苯硝化反应催化性能。结果表明,溶胶-凝胶法制备的AMPA/SiO2保持了磷钼酸铵（AMPA）杂多酸盐的Keggin结构。AMPA以及AMPA/SiO2催化剂均表现出较强的苯硝化反应催化活性和100 ％的一硝基苯选择性,苯最高转化率为96 ％。反应后负载催化剂活性组分有所损失,但催化剂整体物相和结构没有发生明显变化。     

固载化阳离子金属卟啉/杂多阴离子复合催化剂在分子氧氧化乙苯过程中的催化特性

以交联聚苯乙烯微球(CPS)为基质载体, 采用同步合成与固载的方法, 简捷地制得了固载化阳离子苯基卟啉, 继而通过与钴盐的配合反应, 制备了固载化阳离子钴卟啉. 在此基础上, 以Keggin 型杂多酸磷钨酸(HPW)及磷钼酸(HPMo)为试剂, 凭借阳离子钴卟啉(CoP)与杂多阴离子之间的静电相互作用, 制备与表征了固载化的由阳离子钴卟啉与杂多阴离子复合而成的固体催化剂CoPPW-CPS和CoPPMo-CPS. 将两种复合催化剂用于分子氧氧化乙苯的氧化反应, 考察研究了催化特性. 结果表明: 在分子氧氧化乙苯的氧化反应中, 复合催化剂具有很高的催化活性, 可使乙苯高选择性地转化为苯乙酮, 反应12 h, 苯乙酮的产率达30.1%; 复合催化剂的催化活性比单纯的固载化钴卟啉高75%; CoPPW-CPS的催化活性高于CoPPMo-CPS. 在复合催化剂结构组分中, 固载化的杂多阴离子并无催化活性, 起催化作用的组分是钴卟啉; 但是, 杂多阴离子可有效保护钴卟啉, 使其免于被氧化失活, 从而使其保持稳定的高催化活性. 复合催化剂具有最适宜的投加量, 过量催化剂的加入, 会抑制钴卟啉的催化活性. 复合催化剂还具有良好的循环使用性能.     

Methane aromatization in the absence of oxygen over extruded and molded MoO3/ZSM-5 catalysts: Influences of binder and molding method

The influences of binder and molding method on the catalytic performance of methane aromatization in the absence of O2 over MoO3/ZSM-5 catalysts were investigated. SEM, NH3-TPD, FT-IR of adsorbed pyridine, N2 adsorption-desorption, cyclohexane adsorption and XPS were employed to characterize the physical and chemical properties of the catalysts. It was found that SiO2 was a suitable binder for the catalyst due to its appropriate weak acidity. The laminar catalyst comprising of an inert spherical core and a MoO3/ZSM-5 laminar shell with 0.1-0.2 mm in thickness showed a better catalytic performance than the extruded catalyst. The improved activity of the laminar catalyst could be attributed to the easy carbonization of Mo species and the quick removal of reaction products from the catalyst surface.     

原位负载稀土三元催化剂催化环氧丙烷和二氧化碳的共聚合研究

采用2种方法制备了原位负载稀土三元催化剂,即先将均相的Y(CCl3OO)3-Glycerin体系负载在载体上,后逐滴加入ZnEt2(标记为Y(CCl3OO)3-Glycerin/γ-Al2O3/ZnEt2);或先将ZnEt2与载体反应,再与均相的Y(CCl3OO)3-Glycerin体系反应(标记为ZnEt2/γ-Al2O3/Y(CCl3OO)3-Glycerin).研究发现原位负载催化剂催化环氧丙烷和二氧化碳共聚合反应的活性比未负载前低24%～36%,通过分析催化剂制备过程中所生成的乙烷量的变化,证明原位负载时催化剂组分如Y(CCl3OO)3、Glycerin或ZnEt2发生了向载体孔隙内的扩散渗透,使得催化剂各组分配比与未负载催化剂相比发生了偏差,从而降低了催化活性;另一方面,表面羟基与ZnEt2反应形成了低效率的活性种,也是原位负载催化剂活性不高的原因之一.提出了影响原位负载稀土三元催化剂活性的2个主要因素,即活性种的反应活性和活性种的数量.通过调节催化剂组分配比、负载化阶段的振荡研磨时间、原位负载时的活性种状态、载体的表面状态等,可使负载催化剂的活性比未负载的稀土三元催化剂提高3.5%.