Selective hydrogenation of dimethyl maleate to tetrahydrofuran over Cu/SiO2 catalyst: Effect of Cu+ on the catalytic performance

Cu/SiO_2 catalysts prepared by different methods have been investigated focusing on the influence of Cu~+on the catalytic performance.The composition,structure and copper valence state were characterized by means of BET,XRD,XPS,FTIR,N_2O-titration.It was found that the Cu/SiO_2 prepared by ammoniaevaporation(AE) method had much higher TOF value than that prepared by wetness-impregnation(WI)with the same THF selectivity.The higher TOF value was attributed to the coexistence of Cu~+ and Cu~0species in the activated AE-Cu/SiO_2.while only Cu° species existing in the activated Wl-Cu/SiO_2.Researches suggest that Cu~+ can adsorb and polarize the C=0 bond of DMM.It is concluded that Cu°could be the main active site and the synergistic effect between Cu~0 and Cu~+ could contribute to hydrogenation of DMM to THF.     

蒸氨压力对Cu/SiO_2催化剂的影响及其草酸二甲酯加氢性能

以Si O2为载体,铜氨溶液为前驱体,采用蒸氨法在不同蒸氨压力下制备了系列铜负载量质量分数为20.0%的Cu/Si O2催化剂。采用X射线衍射(XRD)、H2-程序升温还(H2-TPR)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线诱导俄歇电子能谱(XAES)等技术手段对催化剂的物理化学性能进行了表征。考察了蒸氨速率对催化剂物化结构及其草酸二甲酯催化加氢制乙二醇的催化性能影响。在反应温度200℃、压力3.0 MPa、液时空速LHSV=0.4 h-1、氢气草酸二甲酯摩尔比80∶1的反应条件下测定了催化剂的活性。结果表明,在蒸氨压力为31.3 k Pa条件下制备的催化剂表现出了最佳活性和选择性,草酸二甲酯转化率达到了99.9%,乙二醇选择性达94.4%。H2-TPR、XRD、TEM、FTIR及XAES表征结果表明,较低蒸氨压力有利于铜氨离子快速分解负载在载体上,避免铜粒子聚集长大,还原后形成Cu2O和Cu0物种颗粒尺寸较小,分散比较均匀,催化活性,尤其是乙二醇的选择性更佳。     

反应过程中Cu物种演变对其催化甲醇氧化羰基化反应活性的影响

以NH₄Y分子筛为载体、 乙酰丙酮铜为铜源, 采用固相反应法制备了无氯CuY催化剂, 并用于催化甲醇氧化羰基化合成碳酸二甲酯(DMC). 结合不同反应时间催化剂的X射线衍射(XRD)、 N₂吸附-脱附、 热重(TG)、 程序升温脱附/还原(NH₃-TPD/H₂-TPR)、 透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)等表征结果, 分析了反应过程中Cu物种演变对其催化活性的影响. 结果表明, 新鲜催化剂中铜物种主要以Cu⁺形式存在, 占铜物种的48%; 随着反应的进行, 活性中心Cu⁺逐渐被氧化为Cu²⁺, 进而生成CuO物种, 部分CuO逐渐迁移至催化剂外表面. 在反应100 h内, Cu⁺含量逐渐减小至36.7%, CuO含量增加, 导致DMC的时空收率及选择性不断下降, 副产物二甲氧基甲烷(DMM)和甲酸甲酯(MF)的选择性逐渐提高. 当反应时间延长至190 h时, Cu⁺含量为33.6%, 略有下降, DMC的时空收率和选择性趋于平稳. 继续延长反应时间至300 h, 催化剂中铜物种状态基本不变, 催化剂催化性能保持稳定.     

Ga_2O_3改性Cu/SiO_2催化剂降低水蒸气催化重整产物中CO选择性

采用蒸氨法制备的xGa-Cu/SiO_2催化剂可以同时产生Cu~0和Cu~+物种,加入Ga后催化剂的二甲醚水蒸气重整反应活性和选择性都有很大程度的提高,其中5Ga-Cu/SiO_2催化剂在380°C时的二甲醚转化率为99.8%,CO选择性为4.8%。通过透射电子显微镜(TEM),氢气-程序升温还原(H_2-TPR),N_2O滴定和X射线光电子能谱(XPS)结果发现,Ga与Cu物种之间的相互作用,一方面可以提高Cu物种的分散度,另一方面可以促进Cu~+的形成。通过改变Ga负载量可以调变Cu~+/(Cu~0+Cu~+)的比例,氢气的时空收率结果表明,Ga通过调变Cu~+/(Cu~0+Cu~+)影响催化活性,并且当Cu~+/(Cu~0+Cu~+)=0.5时,氢气时空收率达到最大值为5.02mol·g~(-1)·h~(-1)。程序升温表面反应(TPSR)结果表明,Ga通过促进水气变换反应提高反应产物CO_2选择性。     

Catalytic Performance and Texture of TEOS Based Cu/SiO2 Catalysts for Hydrogenation of Dimethyl Oxalate to Ethylene Glycol

Highly active and selective Cu/SiO₂ catalysts for hydrogenation of dimethyl oxalate(DMO) to ethylene glycol(EG) were successfully prepared by means of a convenient one-pot synthetic method with tetraethoxysilane( TEOS) as the source of silica. XRD, H₂-TPR, SEM, TEM, XRF and N₂ physisorption measurements were performed to characterize the texture and structure of Cu/SiO2 catalysts with different copper loadings. The active components were highly dispersed on SiO₂ supports. Furthermore, the coexistence of Cu⁰ and Cu⁺ contributed a lot to the excellent performance of Cu-TEOS catalysts. The DMO conversion reached 100% and the EG selectivity reached 95% at 498 K and 2 MPa with a high liquid hourly space velocity over the 27-Cu-TEOS catalyst with an actual copper loading of 19.0%(mass fraction).     

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.     

NaBH4处理LaCuZnX(X=Zr、Al、Zr+Al)(类)钙钛矿型催化剂及其CO2加氢合成甲醇性能的研究

采用共沉淀法分别制备了不同F-T组分(Fe、Co、Ni)改性的KCuZrO_2催化剂,并用于催化CO加氢合成异丁醇。通过BET、XRD、TEM、XPS、H_2-TPR、CO-TPD以及in-situ DRIFTS对催化剂进行了表征。结果显示,F-T组分的加入促进了乙醇和丙醇的形成,但是对异丁醇选择性影响不同。结果表明,Fe促进了催化剂中各组分的分散,活性组分Cu在催化剂表面发生了富集,提高了H_2/CO活化吸附;另外,KFeCuZrO_2的催化剂表面含有较多的C_1物种,有利于乙醇和丙醇进一步发生β-加成反应得到异丁醇,而Co和Ni改性的催化剂上缺少足够的C_1物种,因此,异丁醇的选择性并未明显增加。Co的引入对催化剂结构以及Cu的分散影响不大,但是Co改性后催化剂性能有所下降,其原因是催化剂发生了失活;Ni添加后催化剂比表面积有所减小,且催化剂表面Cu/Zr物质的量比也降低到0.19,催化剂粒径增大,Cu-Zr之间相互作用减弱,异丁醇选择性降低。     

Transformation of Ethanol to Ethyl Acetate over Cu/SiO2 Catalysts Modified by ZrO2

Direct transformation of ethanol to ethyl acetate was investigated on a series of Cu(ZrO₂)/SiO₂ catalysts. Inductively coupled plasma(ICP), surface area analysis, X-ray diffraction(XRD), H₂-temperature programmed reduction(H₂-TPR), X-ray photoelectron spectroscopy(XPS), NH₃-temperature programmed desorption(NH₃-TPD) and Fourier transform-infrared spectroscopy(FTIR) techniques were used to characterize the catalysts. The results reveal that ZrO₂ can improve the dispersion of copper species and increase the acidity of the Cu(ZrO₂)/SiO₂ catalysts. The Cu⁰ is responsible for ethanol dehydrogenation to acetaldehyde, and both the Lewis acid and Brønsted acid sites were in favor of the selectivity to ethyl acetate. The synergistic effect of Cu⁰ and an appropriate amount of acidic sites played an important role in the production of ethyl acetate.     

蒸氨法制备铜硅催化剂的二甲醚水蒸气重整制氢性能

采用蒸氨法制备出不同Cu负载量的xCu/SiO_2-AE催化剂,并将其用于二甲醚水蒸气重整制氢反应。当Cu负载量为30%(w)时,30Cu/SiO_2-AE催化剂表现出最佳的催化性能。结果显示,该方法制备的催化剂表面具有高度分散的CuO和层状硅酸铜物相,经还原后分别形成Cu~0和Cu~+物种。与常规浸渍法制备的30Cu/SiO_2-IM催化剂相比,蒸氨法制备的30Cu/SiO_2-AE催化剂具有优异的催化稳定性和活性,这与其独特的层状结构和表面Cu~0与Cu~+之间的协同作用相关。     

Ce金属改性对Cu-SAPO-34催化剂水热稳定性能的影响

采用浸渍法制备系列铜铈复合氧化物分子筛催化剂（Cu-Ce/SAPO-34）,探讨了Ce负载量对Cu/SAPO-34催化剂的水热稳定性的影响,通过XRD、SEM、H₂-TPR、XPS和NH₃-TPD等表征手段分析不同催化剂活性和稳定性差异的原因。研究表明,750℃水热老化未造成Cu-Ce/SAPO-34催化剂菱沸石（chabazite,CHA）骨架坍塌,但破坏了部分孔结构和酸性位点,使催化剂表面结晶度下降。水热老化促使催化剂晶格发生拉伸畸变,使Cu²⁺迁移到催化剂表面,Cu²⁺和Ce⁴⁺团簇形成CuO和CeO₂,造成催化剂的Cu活性物种减少和氧空穴浓度降低,所以Cu-Ce/SAPO-34的NH₃选择性催化还原（NH₃-Selective Catalytic Reduction,NH₃-SCR）性能下降。掺杂Ce能提高Cu/SAPO-34催化剂表面的Cu²⁺和Cu⁺活性物种量,减少Cu物种团簇形成CuO,改善催化剂表面活性Cu物种分布性。提高Ce的负载量能稳固Cu-Ce/SAPO-34催化剂的结构,使中、弱强度酸位点得以维持,从而提高其水热稳定性。结果表明,在研究的系列Cu-Ce/SAPO-34催化剂中,Cu/Ce质量比为4：5时具有最佳的水热稳定性。     

Surface and catalytic properties of Cu–Ce–O composite oxides prepared by combustion method

Surface and catalytic properties of Cu–Ce–O composite materials prepared by solution combustion method have been investigated. The materials are characterized by X-ray diffraction (XRD), temperature programmed reduction (TPR) and electron paramagnetic resonance spectroscopy (EPR). The results of EPR and TPR show finely dispersed Cu²⁺ species on ceria matrix with low copper content. The Cu²⁺ species exists in the form of dimers and clusters which are not evident in XRD. In addition CuO is also present as small clusters which grow to larger size at higher Cu content. There is no evidence of CuO forming a solid solution with fluorite CeO₂ in combustion method. The Cu²⁺ species mostly appear on surface rather than in the bulk. Hydrogen peroxide decomposition kinetics has been carried out on Cu–Ce–O composite materials to investigate the effect of crystalline and well-dispersed copper oxide phases on CeO₂. From kinetic results, the catalyst materials can be grouped into highly dispersed as well as crystalline CuO phases present on CeO₂ matrix. Two parallel compensating lines for dispersed and crystalline CuO phases on CeO₂ are observed in ln A versus E_a plot indicating the compensation effect in H₂O₂ decomposition. This observation is consistent with XRD and EPR results.     

CuAl2O4尖晶石结构对浆态床一氧化碳加氢性能的影响

采用固相法、 共沉淀法、 柠檬酸法和溶胶-凝胶法制备了CuAl₂O₄尖晶石, 在浆态床反应器上对其进行一氧化碳加氢反应活性评价, 并对CuAl₂O₄尖晶石的结构进行了表征. 研究发现, 不同方法制备的CuAl₂O₄尖晶石在织构参数、 表面富集程度和分解还原性能上存在明显差异, 进而影响其催化性能. 固相法所制尖晶石的孔径和孔容大, CuAl₂O₄表面富集程度最高, 致使尖晶石分解不完全, 但是其分解释放的CuO全部被还原, 且Cu⁺/Cu⁰占比相当高, 有利于提高产物中C₂₊OH选择性(达到31.1%). 而表面富集程度相对低的其它3种尖晶石分解完全, 但部分CuO未被还原, 且还原产物中Cu⁰占比提高, Cu⁰和γ-Al₂O₃发生协同作用促进二甲醚的生成, 其选择性最高可达72.9%.     

OL负载Cu催化剂及其催化氧化CO及乙酸乙酯性能

采用氧化还原法合成了层状锰氧化物(OL),并以OL为载体采用离子交换法制备了不同Cu负载量的Cu_x/OL催化剂。利用X射线衍射(XRD)、电子扫描电镜(SEM)、N_2吸附/脱附、H_2~-程序升温还原(H_2-TPR)、TG(热重)、X射线光电子能谱(XPS)、O_2-程序升温脱附(O_2-TPD)等技术对所制催化剂进行结构和织构表征,并对其催化氧化CO及乙酸乙酯活性进行了评价。结果表明,OL具有典型的层状锰氧化物结构,适量掺杂Cu对OL的结构和织构影响不大,但Cu的掺杂明显影响Cu_x/OL的还原性、氧移动性及催化剂表面Cu~(2+)/CuO、(Mn~(2+)+Mn~(3+))/Mn~(4+)和Oads/Olatt的比例。Cu_x/OL的催化性能与以上因素密切相关。在Cu_x/OL样品中,Cu_5/OL催化剂具有最佳的催化活性(CO催化氧化,T_(50)=70°C和T_(90)=100°C;乙酸乙酯催化氧化T50=160°C,T90=200°C)。同时,Cu_5/OL催化剂具有最佳的还原性能、氧移动性能和最多的Cu~(2+)、(Mn~(2+)+Mn~(3+))和表面吸附氧浓度。Cu_x/OL催化性能与铜锰之间相互作用、还原性和氧移动性能密切相关。     

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%.     

Tuning plasmon absorption of unmodified silver nanoplates for sensitive and selective detection of copper ions by introduction of ascorbate

Silver nanoplates as novel optical sensors for Cu^2＋ detection have been demonstrated.Silver nanoplates are synthesized via previous H_2O_2-NaBH_4 cyclic oxidation-reduction reactions.With introduction of ascorbate as mild reductants,Cu^2＋ ions are reduced into Cu~＋ and the Cu^＋ is further reduced to Cu,which is deposited on the surface of the silver nanoplates.The deposition of the Cu on the surface of the silver nanoplates allows a significant red-shift of their plasmon absorption.Therefore,trace Cu^2＋ can be detected.The shift of the plasmon absorption wavelength of silver nanoplates is proportional to the Cu^2＋concentration over a range of 40-340 μmol L~（-1） with a limit of detection of 9.0 μmol L~（-1）.Moreover,such silver nanoplate-based optical sensors provide good selectivity for Cu^2＋ detection,and most other metal ions do not disturb its detection.Moreover,the practicality of the proposed sensor was tested.This Cu^2＋assay is advantageous in its simplicity,selectivity,and cost-effectiveness.     

Cu/ZnO催化糠醛气相加氢制2-甲基呋喃的研究

通过共沉淀法制备一系列铜锌催化剂,用于固定床上糠醛气相加氢制2-甲基呋喃的研究。采用X射线衍射仪(XRD)、N_2吸附-脱附、扫描电子显微镜(SEM)、H_2-程序升温还原(H_2-TPR)、NH_3-程序升温脱附(NH_3-TPD)表征,分析催化剂中Cu0和ZnO在催化反应中的作用。结果表明,Cu~0是糠醛加氢的活性中心,氧化锌的加入减小了催化剂晶粒粒径、增大了催化剂比表面积、利于催化剂还原和增加催化剂表面弱酸性位。当Cu/Zn物质的量比为1∶2时,Cu_1Zn_2催化剂具有适宜氧化还原活性中心及弱酸位数量,对2-甲基呋喃表现出较高的选择性。Cu_1Zn_2催化剂在常压、反应温度为200℃、氢醛物质的量比为4∶1、糠醛体积空速为0.3 h-1条件下,糠醛转化率100.0%,2-甲基呋喃选择性最高为93.6%。反应稳定运行200 h后,糠醛转化率仍为100.0%,2-甲基呋喃选择性为80.0%,糠醇选择性为11.4%。     

氧化/还原预处理对Cu2O/AC催化甲醇氧化羰基化的影响

将醋酸铜热解制备的Cu₂O/AC(活性炭)催化剂,在氧化(O₂/N₂)和还原(H₂/N₂、CO/N₂)气氛下进行预处理。350 ℃下预处理4 h,氧化气氛中Cu₂O完全被氧化为CuO,还原气氛中Cu₂O被还原为单质铜。经CO/N₂预处理的催化剂表面Cu⁰分散性好,催化活性显著升高。在常压固定床微型反应装置上测试,在140 ℃的反应温度下,碳酸二甲酯的时空收率和选择性分别达到了261.9 mg/(g·h)和74.7%。反应后,还原气氛(H₂/N₂、CO/N₂)预处理的催化剂与Cu₂O/AC催化剂中铜物种价态组成趋于一致,催化活性亦趋于一致。关联反应前后催化剂表面铜物种的变化和催化活性的差异,可以认为Cu⁰具有较高的初始催化活性,Cu₂O活性和价态均较为稳定,CuO活性较低。     

Cu交换量对Cu-SAPO-34催化剂上NH_3选择性催化还原NO_x反应的影响

选用不同种类的铵盐和调变Cu2+离子交换时间制备不同铜交换量的Cu-SAPO-34催化剂。并考察了铜交换量对催化剂在氨选择性催化还原(NH3-SCR)NOx反应中的催化性能和高温水热稳定性的影响。结果表明,Cu2+是Cu-SAPO-34催化剂在NH3-SCR反应中的主要活性中心,随着Cu交换量的增加催化剂的低温SCR活性先升高后降低。铜交换量为2.37%时,Cu-SAPO-34催化剂的低温活性最好,NOx转化率在185℃时即可达到80.0%,且最高达98.7%。ICP、H2-TPR、FT-IR和NH3-TPD等表征结果显示,Cu引入不但产生了新的氨吸附位点,增加了Lewis酸量,而且略微降低了SAPO-34上氨的吸附强度。继续增加Cu交换量反而导致催化剂的SCR活性下降,这是由于大量的Cu2+取代了桥式羟基Si-OH-Al中的H,抑制了SCR反应中NH3在催化剂表面的吸附、储存与迁移。此外,较高Cu交换量也不利于改善Cu-SAPO-34的高温水热稳定性。     

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。     

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。