高稳定性CaO-ZrO2固体碱催化剂的表征和催化性能

用共沉淀法经高温焙烧制备了CaO摩尔分数从10%至50%的CaO-ZrO₂系列催化剂, 将其应用于碳酸丙烯酯和甲醇酯交换合成碳酸二甲酯过程, 并通过XRD, FT-IR, BET, ICP, CO₂-TPD, XPS等表征手段研究了催化剂的物性及其催化性能随组成变化的的规律. 结果表明, 当CaO摩尔分数高于30%时, 表面出现游离的CaO, 虽然具有强碱性和高活性, 但是稳定性差; 而当CaO摩尔分数低于30%时, Ca^2＋进入ZrO₂晶格, CaO与ZrO₂形成连续固溶体, 并且随着CaO含量的增加, 晶格氧的电荷密度增加, 催化剂的碱性增强, 使得CaO-ZrO₂催化剂在碳酸丙烯酯和甲醇酯交换合成碳酸二甲酯过程中获得了高活性和高稳定性.     

高稳定性CaO-ZrO2固体碱催化剂的表征和催化性能

用共沉淀法经高温焙烧制备了CaO摩尔分数从10%至50%的CaO-ZrO₂系列催化剂, 将其应用于碳酸丙烯酯和甲醇酯交换合成碳酸二甲酯过程, 并通过XRD, FT-IR, BET, ICP, CO₂-TPD, XPS等表征手段研究了催化剂的物性及其催化性能随组成变化的的规律. 结果表明, 当CaO摩尔分数高于30%时, 表面出现游离的CaO, 虽然具有强碱性和高活性, 但是稳定性差; 而当CaO摩尔分数低于30%时, Ca^2＋进入ZrO₂晶格, CaO与ZrO₂形成连续固溶体, 并且随着CaO含量的增加, 晶格氧的电荷密度增加, 催化剂的碱性增强, 使得CaO-ZrO₂催化剂在碳酸丙烯酯和甲醇酯交换合成碳酸二甲酯过程中获得了高活性和高稳定性.     

CaO/KIT-6固体碱催化剂的制备及其在酯交换反应中的催化性能

采用浸渍法将活性氧化钙颗粒负载在介孔二氧化硅(KIT-6)表面,制备了酯交换反应催化剂CaO/KIT-6,并研究了其在大豆油与甲醇酯交换制备生物柴油反应中的催化性能。通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、CO_2程序升温脱附(CO_2-TPD)等测试手段对催化剂进行表征。在酯交换反应中,当醇油物质的量比为12、反应温度为65°C、催化剂用量为8%、Ca/Si原子比为0.4、反应时间为2 h时,生物柴油转化率达到99.9%,CaO/KIT-6重复使用五次后催化活性仍保持在90%以上。与CaO及其他负载型催化剂相比,CaO/KIT-6催化剂在较低醇油物质的量之比、较短反应时间展现出更高的催化性能和良好的重复使用性。     

超声作用下KF/CaO催化酯交换反应制备生物柴油

等体积浸渍法制备了KF/CaO固体碱催化剂,用于催化大豆油与甲醇酯交换反应制备生物柴油,在反应体系中引入超声作为辅助条件。研究表明,KF/CaO催化活性高。在超声的辅助作用下,酯交换反应速率加快,生物柴油的收率提高。实验考察了反应条件对产品中脂肪酸甲酯含量的影响。醇油摩尔比为12∶1,反应温度65℃,催化剂与大豆油的质量比为3%,反应1 h,超声频率20 kHz,超声声强1.01 W/cm2,在此反应条件下,产品中脂肪酸甲酯的质量分数达到99.6%。     

Ni/Al2O3催化甲烷裂解

分别通过浸渍法和共沉淀法制备了不同Ni负载量的Ni/Al2O3催化剂。考察了Ni负载量、制备方法以及反应温度对Ni/Al2O3催化甲烷裂解性能的影响。结果表明,在550℃,浸渍法制备的Ni/Al2O3催化剂,当Ni负载量为20%(质量分数)、Ni金属平均粒径为11.25 nm时,具有最佳的甲烷催化裂解效果,其每摩尔Ni的氢气产量和每克Ni碳产量分别为164 mol和15.30 g。催化剂制备方法对Ni/Al2O3甲烷催化裂解反应有显著影响,相同Ni负载量共沉淀法制备的Ni/Al2O3甲烷催化裂解总体效果要好于浸渍法制备的Ni/Al2O3,而且反应过程中生成的碳纤维较长,管径也较均一。550℃时,共沉淀法制备的Ni负载量为41.2%(质量分数)的Ni/Al2O3催化剂在反应至350 min时,仍保持着30%以上的转化率。     

C2对称性有机小分子催化的高对映选择性Aldol反应

以环己酮与4-硝基苯甲醛直接不对称Aldol缩合为模型反应, 对一系列具有C2对称性的有机小分子催化剂进行了考察, 其中(2S,5S)-吡咯烷-2,5-二羧酸的不对称催化效果最好. 在10 ℃下, 以DMSO为溶剂, 30%摩尔分数催化剂用量, 研究了多个取代芳香醛和环己酮的不对称催化Aldol反应, 对映选择性为87%～99% ee.     

C2对称性有机小分子催化的高对映选择性Aldol反应

以环己酮与4-硝基苯甲醛直接不对称Aldol缩合为模型反应,对一系列具有C2对称性的有机小分子催化剂进行了考察,其中(2S,5S)-吡咯烷-2,5-二羧酸的不对称催化效果最好.在10℃下,以DMSO为溶剂,30%摩尔分数催化剂用量,研究了多个取代芳香醛和环己酮的不对称催化Aldol反应,对映选择性为87%～99?.     

介孔Ni/CaO-ZrO2纳米复合物催化甲烷和二氧化碳重整

采用溶胶-凝胶法制备了一种具有高热稳定性的介孔Ni/CaO-ZrO2纳米复合物.此纳米复合物在甲烷/二氧化碳重整中表现出较高的活性和稳定性,且经连续运行50h后,其催化活性没有明显降低,稳定性显著高于Ni/Al2O3或Ni/SiO2负载型催化剂.这是由于反应过程中纳米Ni颗粒尺寸被有效稳定以及碱性组分CaO的存在,催化剂中相互嵌合的Ni,ZrO2和CaO的颗粒尺寸均为10nm左右,堆积形成了海绵状的介孔结构.CaO的存在使催化剂具有较强的碱性,促进了反应物CO2的化学吸附和解离.     

用于生物柴油清洁生产的磁性固体催化剂CaO/MgO/Fe_3O_4

制备了具有磁性和催化活性的双功能催化剂CaO/MgO/Fe3O4,用于催化花生油酯交换制备生物柴油的清洁生产过程。对CaO/MgO/Fe3O4进行了XRD、TEM、FT-IR和磁性等表征分析,探讨了CaO/MgO/Fe3O4催化剂的重复利用性能。结果表明,用Mg(Ac)2溶液等体积浸渍磁性基质Fe3O4,在N2气氛中600℃焙烧2 h,可得到具有磁性的载体5%MgO/Fe3O4;再用Ca(Ac)2溶液等体积浸渍MgO/Fe3O4,并在N2气氛中700℃煅烧,得到具有磁性且催化活性较高的催化剂10%CaO/MgO/Fe3O4。该催化剂具有核壳结构,磁核平均直径约为35 nm。在催化剂用量10%,醇油摩尔比12∶1,反应温度65℃,反应2 h的条件下酯交换转化率可达90%以上。在磁场的吸引下该催化剂能快速与反应体系分离,催化剂回收率达90%。但CaO/MgO/Fe3O4重复利用性能较差,其原因是在搅拌反应过程中催化活性组分逐渐从催化剂上脱落所致。     

模板法制备La2O3/ZrO2复合氧化物及其催化小桐子油合成生物柴油

以桦木为模板制备了一系列La2O3/Zr O2固体碱催化剂。采用BET、XRD、XPS和SEM等技术手段对其进行了表征。结果表明,与浸渍法和共沉淀法制备的样品相比,所制得的复合氧化物具备桦木的生物形态,具有更高的比表面积、更小的晶粒尺寸、更大的孔径和孔容等特点。当La/Zr质量比为10%时,样品的碱性最高,催化性能最好。以所制复合氧化物为催化剂,考察小桐子油和甲醇的催化酯交换反应。结果表明,在醇油摩尔比72∶1,固体碱催化剂质量分数8%,反应温度200℃,反应时间6 h的条件下,酯交换反应的甲酯转化率达93.6%。该样品具有一定的抗酸和抗水性。相同反应条件下,样品循环使用3次生物柴油收率仍为83%左右。     

生物油水溶性组分的水蒸气催化重整制氢实验研究

利用固定床反应器对生物油水溶性组分重整制氢反应进行了考察,研究了温度、吸收剂的加入对反应过程的影响。结果表明,在常压条件下生物油水溶性组分的最佳重整温度为800℃,此时H2体积分数为60%、CO体积分数为10%。加入CO₂吸收剂后,H₂体积分数提高了25%,H₂产率提高了10%。在常压条件下,以CaO作为吸收剂时,最佳的反应温度为600℃,此时H₂体积分数最高可达85%。650℃时CaO对CO₂的吸收能力减弱导致其对生成H₂反应的促进作用急剧降低。     

CaO对Cu-ZnO-ZrO_2催化CO_2加H_2合成甲醇性能影响

用CaO作为改性助剂,采用并流共沉淀法制备了CuO∶ZnO∶ZrO_2为5∶4∶1(物质的量比),CaO添加量为0、1%、2%、4%、8%、16%(摩尔分数)的六组催化剂。用X射线衍射(XRD)、微商热重(TG-DTG)、傅里叶红外(FT-IR)、N2吸附脱附(BET)、X射线光电子能谱(XPS)、氢气程序升温还原(H_2-TPR)、CO_2程序升温脱附(CO_2-TPD)、NH_3程序升温脱附(NH_3-TPD)对催化剂进行了表征。用自制固定床评价了催化剂活性。结果表明,添加CaO后,催化剂路易斯酸性和表面碱性增强;催化剂母体中高温碳酸盐含量增加,热稳定性增强,CuO颗粒粒径变小,Cu-Zn协同作用增强,Cu比表面积增大,分散性变好。催化剂活性受到表面酸碱性、铜比表面积、Cu-Zn协同作用和铜分散性共同影响。当CaO为2%时,铜比表面积为79.3 m2/g、铜分散度为34.8%、CO_2转化率为24.55%、甲醇选择性为19.01%、甲醇收率为0.044 g/(gcat·h),催化剂活性最好。过量CaO占据催化剂孔道和覆盖表面活性位,使催化剂路易斯酸性和表面碱性过强,CuO与H_2有效接触减少,CO_2难以脱附,催化活性下降。因此,适量CaO(2%)添加可促进CO_2加氢反应合成甲醇。     

等离子体辅助煤气化及影响因素

应用等离子体辅助煤气化反应装置对大同煤进行了实验研究，考察了供气量、供粉速率、发生器输入功率、水蒸气压力以及添加不同质量分数的CaCO3 和CaO对煤气化反应的影响，并对不同条件下产品气体的组成进行了分析。实验结果表明，装置的最佳工艺参数为供煤速率150 g/min、供气量18 m3/h、等离子体发生器输出功率100 kW、水蒸气出口压力0.3 MPa。加入添加剂CaCO3和CaO的质量分数分别为10%和5%时，催化效果最好。根据CaCO3和CaO的实验数据可知，在等离子体辅助煤气化过程中CaCO3起催化作用为主，CO2还原为辅。     

CaO加入条件下煤与CaSO_4氧载体化学链燃烧的反应性能研究

以小型流化床为反应器、水蒸气为气化介质,在CaSO4氧载体中加入CaO颗粒进行煤气化—氧载体还原反应实验。实验结果表明,添加CaO改善了煤气化—CaSO4还原反应性能,提高了煤气化—CaSO4还原反应速率和CO2生成速率。但CaO添加剂的催化作用随反应温度的提高而减弱。900℃是较适宜的反应温度,此温度下加入适量CaO(CaO/CaSO4物质的量比1.18),气态硫化物释放得到显著抑制,SO2和H2S降幅分别为63.19%和27.37%;同时,还能控制CO2被吸收固化成CaCO3的比例低于2%。     

钯催化炔丙醇与叔丁基异腈选择性合成吡咯并呋喃衍生物和氨基甲酸酯

报道了钯催化下炔丙醇与叔丁基异腈反应高选择性合成吡咯并呋喃衍生物和氨基甲酸酯的新方法.在10%(摩尔分数)Pd(OAc)₂与110%(摩尔分数)LiBr存在下,一分子炔丙醇与三分子叔丁基异腈在水的参与下发生“有序的”异腈三重插入反应,以56%～73%的产率高选择性地生成了吡咯并呋喃衍生物;而在10%(摩尔分数)Pd(PPh₃)₄和110%(摩尔分数)K₃PO₄存在下,一分子炔丙醇与一分子叔丁基异腈在空气中氧气的参与下发生简单氧化偶联反应,以51%～74%的产率生成了氨基甲酸酯.该方法仅通过简单改变钯催化剂与盐的种类就能得到不同产物,且反应选择性高,分别为吡咯并呋喃亚胺衍生物和氨基甲酸酯提供了有吸引力的合成途径.     

Determination of Critical Parameters of Carbon Dioxide ＋ Butyraldehyde System with Different Compositions

Supercritical carbon dioxide（SC-CO2 ） is considered in green chemistry as a substitute for conventional solvents in chemical reactions due to its environmentally benign character. Recently we have reported the homogeneous hydroformylation of propylene in supercritical carbon dioxide（ SC-CO2 ） , which is an example of this kind of application of carbon dioxide. The determination for the critical parameters of carbon dioxide ＋ butyraldehyde mixtures is necessary for this reaction design which is the focus of the present paper. The critical parameters of the binary systems were determined via the static visual method at a constant volume with the molar fraction of butyraldehyde ranging from 1.0% to 2. 2% and the pressure ranging from 5 to 10 MPa. The experimental results show that the critical pressure and temperature increased with increasing the molar fraction of butyraldehyde. The bubble（dew） temperatures and the bubble （dew） pressures for the binary systems were also determined experimentally. The p-T Figures at different compositions of the binary systems were described. In addition, the critical compressibility factors Zc of the binary systems at different concentrations of n-butyraldehyde were calculated. It was found that the critical compressibility factor values of the binary systems decreased with increasing the molar fraction of n-butyraldehyde in the experimental range.     

Synthesis and Characterization of Novel Sulfonated Polyimides from 4,6-Bis（4-aminophenoxy）-naphthalene-2-sulfonic Acid

A novel sulfonated diamine monomer, 4,6-bis（4-arninophenoxy）-naphthalene-2-sulfonic acid（BAPNS）, was synthesized. A series of sulfonated polyimide copolymers was prepared from BAPNS, 1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic dianhydride（NTDA） and nonsulfonated diamine 4,4＇-diaminodiphenyl ether（ODA）. Flexible, transparent, and mechanically strong membranes were obtained. The novel sulfonated polyimide（SPI） membranes show higher conductivity, for example, SPI-100 shows a conductivity of 0.0698 S/cm at 80℃（SPI-X： Xrefers to molar fraction of BAPNS）. The membranes exhibit the permeability of methanol from 2.18×10^-7 cm2/s to 2.57×10^-7 cm2/s, which is much lower than that of Nafion（2.00×10 6 cm^2/s）. The copolymers were thermally stable up to 330℃. The sulfonated polyimide copolymers also show reasonable mechanical strength; for example, the maximum tensile strength at break of the sulfonated polyimide copolymer with 100%（molar fraction） BAPNS is 1.35 GPa under high moisture condi- tions. The optimum concentration of BAPNS was found to be 100%（molar fraction） from the view point of proton conductivity, methanol permeability, and membrane stability.     

超临界CO2+EtOH+CO+H2四元体系压力和温度变化规律及超临界性质的研究

在5～11MPa的范围内,利用恒容静态平衡法详细考察了CO2密度在0.542～0.590g/cm3范围的不同组成的超临界CO2+EtOH+CO+H2四元体系的压力和温度的变化规律,并测定了相应的临界温度和临界压力.模拟了超临界丙烯氢甲酰反应体系的相行为.结果发现,CO+H2加入量的增多可明显改变超临界CO2+EtOH+CO+H2四元体系的超临界性质,主要表现为该体系的临界温度随着CO和H2摩尔分数的增加而线性降低,临界压力随着CO和H2摩尔分数的增加而线性增加.在相同的CO和H2组成下,超临界四元体系的压力随着体系温度的增加而线性增加,并且p-T线的斜率基本相同.在相同温度下超临界四元体系的压力随着体系中CO和H2摩尔分数的增加线性增加,并且不同温度时的变化率基本相同.