担载液相催化剂的研究——Ⅳ.催化剂的原位红外光谱表征

本文利用原位红外光谱方法对铑基担载液相催化剂(SLPC)在接近于实际反应条件下进行了表征。结果表明,新鲜催化剂上,铑膦络合物主要以二聚物的形式存在,如Rh_2(CO)_2(PPh_3)_4而在合成气或反应气氛中,催化剂铑膦络合物以单核络合物HRh(CO)_2(PPh_3)_2的形式存在。文中还对SLPC在CO,H_2,C_2-H_4,空气和HCl中处理时铑络合物种的变化进行了原位观察。实验结果表明,SLPC上活性铑络合物与对应的均相过程完全一致,进一步证实了SLPC催化在微观上就是一个均相催化过程。     

铑膦络合物催化丙烯醛化反应机理的研究

应用原位红外光谱,研究了以正丁醛为溶剂的丙烯醛化反应过程,采用反应气逐个引入的方法,当催化剂母体活化生成活性组分HRh(CO)_2(PPh_3)_2 后.检测到它与丙烯配位后生成的烷基物C_3H_7Rh(CO)_2(PPh_3)_2;引入CO后.可检测出生成的酰基物(C_3H_7CO)Rh(CO)_2(PPh_3)_2;并证明.酰基物可与H_2发生氧化加成和还原消除反应.因而生成正丁醛与异丁醛,同时.催化剂恢复其活性组分.实验证明.该过程可反复进行.由此.初步验证了铑膦络合物催化丙烯醛化反应的缔合型反应机理;实验结果也支持体系中存在另一种解离(CO)机理的观点.     

分子筛锁笼催化剂的合成及其醛化活性

本文以三水三氯化铑为原料,经由二氯化一氯五氨合铑与分子筛进行阳离子交换及羰基化处理后,制得了Rh(CO)_x/13X 和Rh(CO)_x/NaY 型分子筛锁笼羰基铑络合物催化剂,并用于己烯—1,庚烯—1,辛烯—1,十二烯—1,及2,4,4—三甲基戊烯—1的醛化反应性能考察。实验表明,上述锁笼催化剂对直链烯烃在130℃和85kg/cm~2合成气压力下有高的醛化活性和选择性。催化剂在反应后易于和产物分离,并可在不作再生的条件下重复使用。Rh(CO)_x/NaY 催化剂在重复使用4次后,按反应共计生成的总醛量以及催化剂中的铑含量,算得这一催化剂的比活性为1.39×10~4克分子醛/克原子铑。这时的催化剂活性还很高,仍可继续使用。     

锚链固定的多相化铑膦配合物氢甲酰化反应催化剂的制备及其催化性能

以溶胶-凝胶与锚链固定相结合的方法制备了新型多相化羰基铑膦配合物催化剂.利用FT-IR,XPS和ICP对催化剂进行了表征.考察了该催化剂对1-己烯氢甲酰化反应的催化性能,得到较佳的反应条件,即反应温度100℃、反应时间12h、催化剂用量为0.3382g(相当于金属铑含量为4.4×10-5mol)、反应压力5.0MPa.此时1-己烯的转化率为98.5%、醛的选择性92.4%、n/i比1.43.该催化剂循环使用7次仍具有较高的催化活性和选择性,表明该催化剂具有好的循环使用性能.XPS、ICP分析证明铑的部分流失主要是由于氢甲酰化反条件下CO取代膦配体所致.     

反应条件对固相合成负载羰基铑原子簇催化剂及其性能的影响

本文报告了由金属盐直接固相合成负载铑络合物或原子簇催化剂的新方法及IR谱表征。CO容易使表面吸附有水分子的RhCl_3/SiO_2还原并生成表面羰基物Rh~+-(CO)_2/SiO_2;CO、CO/H_2和CO/2H_2等不同还原气对表面络合物的生成没有影响。采用H_2还原只能得到金属Rh催化剂。水是重要影响因素,如果RhCl_3/SiO_2先抽空脱水,再用含水的CO还原,就会使Rh~+(CO)_2/SiO_2转化为Rh_6(CO)_(16)/SiO_2。此外,还考察了负载原子簇的CO加氢和热分解反应性能。采用CO还原RhCl_3/SiO_2制备的催化剂同负载原子簇催化剂的反应行为非常相近,而且比传统催化剂具有更高的反应活性。     

聚合物配位体络铑催化剂的合成及对二异丁烯氢甲酰化反应的催化性能研究

本文用含有多胺、多(胺基膦)和单齿的胺基膦、亚磷酸酯等配位基团的功能基化交联聚苯乙烯与二氯四羰基二铑反应得到了10种聚合物配位体络铑催化剂。用这些催化剂进行了二异丁烯的催化氢甲酰化反应(反应条件:110℃;100,80,60kg/cm~2;H_2/CO=1:1;6h;苯为溶剂),大多数催化剂表现出了良好的催化性能。催化剂的红外光谱证明了聚合物多胺配位体与铑活性中心之间具有多齿配位结构。文中还对催化过程的铑脱落现象进行了研究,讨论了配位体结构与铑脱落量及催化活性的关系,测定了铑脱落量与催化剂使用次数关系的曲线,考察了反应条件及外添加试剂对铑脱落的影响,并提出了催化剂可能的铑脱落机制。     

负载铑原子簇催化剂的一氧化碳加氢反应

本文报导Rh_4(CO)_(12)/SiO_2催化剂的CO加氢反应及锰,锂的助剂作用。同传统的RhCl_3/SiO_2相比,负载原子簇催化剂具有更好的反应活性。锰促进了CO转化率提高一个数量级以上。锂降低了CO加氢活性。Rh_4(CO)_(12)-MnCl_2-LiCl/SiO_2催化剂既保持高的反应活性,又提高了C_2-含氧化物选择性。XPS和IR谱表明,锰稳定了低氧化态铑离子并通过与铑的联合作用,促进对CO分子的活化,因此改善了催化剂反应性能。ESR揭示了在Rh_4(CO)_(12)-MnCl_2/SiO_2中铑、锰的相互作用,初步地讨论了与此有关的CO加氢反应机理。     

铑羰基簇负载型催化剂制备过程中应用XPS技术跟踪测定

应用XPS技术对Rh_4(CO)_(12)/γ-Al_2O_3和Rh_2(CO)_4Cl_2/γ-Al_2O_3催化剂制备过程中,催化剂表面Rh物种变化进行了跟踪测定,这些过程包括铑簇羰基络合物、负载、脱羰、氢还原。实验表明铑的表面活性物种在脱羰后即已形成,对Rh_2(CO)_4Cl_2/γ-Al_2O_3和Rh_4(CO)_(12)/γ-Al-_2O_3而言,它们分别是Rh~0及Rh~+氧化物种。文中讨论了脱羰的可能机理,数据表明,用H_2在较大温度范围内作还原处理,催化剂仍保持稳定的高分散度和表面活性物种结构。     

水/有机两相体系中单萜烯烃的氢甲酰化反应

考察了水溶性铑膦络合物RhCl(CO)(TPPTS)2(TPPTS为间-三苯基膦三磺酸钠)在水/有机两相体系中对不同单萜烯的氢甲酰化反应的催化性能.结果表明,添加表面活性剂对催化活性影响很大.在8.0 MPa,100℃的条件下,该催化体系对萜烯氢甲酰化反应具有较好的催化活性,月桂烯、莰烯和艹宁烯的转化率可分别达到92%,72%和86%.反应完成后,含水溶性铑膦络合物的水溶液与含产物的有机相分离方便,催化剂重复使用8次,其活性和选择性均未明显下降,易于实现催化剂的循环使用.     

Ni_aCu_b(ZrCeO_4)_8O_x催化剂在水煤气变换反应中的活性和选择性研究

用共沉淀法制备Ce O_2-Zr O_2复合氧化物载体,浸渍法制备Ni_aCu_b(ZrCeO_4)_8O_x催化剂;用X射线衍射技术(XRD),程序升温还原(H_2-TPR)技术对催化剂的物相结构和还原特性进行表征;研究了催化剂对CO水煤气变换反应的活性与选择性,考察了催化剂组成对CO水煤气变换反应的影响。实验结果表明:Cu_aFe_b(Zr Ce_4)_8O_x具有稳定的立方晶相结构,催化剂对水煤气变换反应表现了良好的活性;载体表面的铜镍物种间存在相互作用,Ni0为甲烷化反应的活性中心;在400℃下,以(Ni_6Cu_4)(Zr Ce_4)_8O_x催化CO水煤气变换反应,CO转化率达到95.42%,甲烷的产率为5.22%;550℃下使用该催化剂时,也未出现明显失活。     

多核铑原子簇络合物的结构稳定性和醛化活性

合成了十二羰基四铑和十六羰基六铑,证明两者都是很活泼的烯烃醛化催化剂。用红外光谱测定了醛化反应前后的铑原子簇的稳定性,结果表明Rh_4(CO)_12在醛化条件下不稳定,转变成Rh_6(CO)。考察了强σ~-给电子配位体三苯基磷对簇分子骨架稳定性的影响,表明Rh_4(CO)_(13)原子簇骨架在醛化反应条件下已被打破,并转变成单核分子碎片,而Rh_6(CO)_16在此条件下是比较稳定的,上述两种铑簇化合物与单核络合物RhCl(CO)(PPh_3)_2对烯烃醛化具有相同的表观反应速度。     

SiO_2负载的磺化三苯膦铑配合物催化高碳烯氢甲酰化及反应中的氘逆同位素效应

水溶性磺化三苯膦铑配合物担载在SiO_2表面制得的负载化水溶性Wilkinson催化剂具较大的比表面积,当1-己烯、1-辛烯、1-庚烯和十一烯酸甲酯等液态高碳烯烃在这种催化剂上于固定床加压流动态反应器中连续进行氢甲酰化催化反应时,产物醛的选择性98～100%,并可在适当过量配体存在下保持较高的催化活性.在这种催化剂上分别于CO用/H_2和CO/D_2气氛下进行烯烃氢甲酰化反应,可观察到显著的氘逆同位素效应.根据分析,初步认为酰基物中间体氢解反应可能是SiO_2负载的磺化三苯膦铑配合物催化剂上高碳烯氢甲酰化的速控步骤.     

金属簇络合物YCCo3(CO)9的合成与醛化性能的研究

本文提出一种常压下由硝酸钴和三卤化物经相转移催化合成钴簇络合物YCCo_3(CO)_9的新方法,并用该法合成了HCCo_3(CO)_9,ClCCo_3(CO)_9,PhCCo_3(CO)_9和EtOOCCo_3(CO)_9等四种络合物。考察了这些络合物对己烯的酸化活性和PhCCo_3(CO)_9对各种烯烃醛化时结构与活性的关系,以及它们的异构化和加氢活性。实验结果表明它们是一类在较缓和条件下具有较高活性和选择性的醛化催化剂。当反应温度130℃和压力40公斤/厘米~2时,己烯转化率达90％以上,选择性在80％以上。     

CuMnCeLa-O/γ-Al2O3催化剂助燃脱硝性能研究

采用等体积浸渍法制备了Cu Mn-O/γ-Al_2O_3、Cu Mn Ce-O/γ-Al_2O_3和Cu Mn Ce La-O/γ-Al_2O_3催化剂.用XRD、BET、SEM、XPS和H_2-TPR技术对其物相和表面性质进行了表征.在连续固定床微反装置上评价了催化剂的CO+O_2和CO+NO反应性能.结果表明,催化剂样品中观测不到Cu O、Mn O_x、Ce O_2和La_2O_3的XRD晶相峰,活性组分在γ-Al_2O_3载体表面呈高度分散状态.Ce、La的引入对催化剂的比表面积、孔容和孔径分布影响不大.SEM谱图中未观测到活性组分的形貌,金属氧化物在载体表面均匀分布.Ce~(3+)!Ce~(4+)之间的可变价转换,引起Cu Mn Ce-O/γ-Al_2O_3催化剂表相Cu O中具有非完整结构的[Cu~(2+)_(1-x)Cu_x~+][O_(1-2)1_x□1_(2x)]增多,Cu~+/Cu~(2+)比例增大,表相氧空位增多,H_2-TPR还原峰温度向低温区偏移.Ce~(4+)、La~(3+)之间不平衡电荷以及共生过程中Cu-Mn-Ce-La-O之间的强相互作用,加大了Cu O和Mn O_x结构的不完整性,导致Cu Mn Ce La-O/γ-Al_2O_3催化剂样品表相产生更多的Cu~+、Mn~(2+)、Mn~(3+)和氧空位,相应的H_2-TPR还原峰温度进一步向低温区偏移.催化氧化CO和CO催化还原NO实验结果表明,在反应空速20 000 h~(-1),350℃反应温度下,Cu Mn Ce La-O/γ-Al_2O_3催化剂CO催化还原NO反应的CO转化率达到88.2%,NO转化率达到了96.1%,表现出了较好的氧化还原活性.     

ZrO2晶型对Ni/ZrO2催化剂CO甲烷化性能的影响

采用浸渍法制备了四方相ZrO2(t-ZrO2)和单斜相ZrO2(m-ZrO2)负载的Ni含量为10%的催化剂,在连续流动微反装置上考察了Ni/m-ZrO2以及不同温度焙烧Ni/t-ZrO2催化剂的CO甲烷化催化活性.采用N2物理吸附-脱附、H2-TPR、XRD、CO-TPSR及原位漫反射傅里叶变换红外光谱等技术对催化剂进行了表征.结果表明,在CO体积分数为1%,空速为20 000 h-1,常压的反应条件下,当CO转化率为50%时,Ni/m-ZrO2-673和Ni/t-ZrO2-673催化剂的反应温度分别为445 K和488 K,Ni/m-ZrO2-673催化剂的CO甲烷化活性远高于Ni/t-ZrO2-673催化剂.随焙烧温度的升高,Ni/t-ZrO2催化剂的CO甲烷化活性评价显著升高,产生这一现象的原因是在高温焙烧过程中Ni/t-ZrO2催化剂表面的t-ZrO2已转化为m-ZrO2,以m-ZrO2为载体的催化剂因m-ZrO2表面具有较多的配位不饱和O2-碱性中心和配位不饱和Zr4+-O2-位点而表现出高的CO甲烷化活性.     

合金催化剂用于合成甲醇

以Raney法研制了Cu-Zn-Al合金催化剂,并将其用于CO H_2合成甲醇反应。考察了合金在固定床中的组成及浸析条件对催化剂组成的影响。反应条件的试验结果表明,在反应温度为270℃,压力为50—80kg/cm~2,原料气空速8000—16000h~(-1),H_2/CO为1.5—3.0的条件下,合金催化剂对合成甲醇反应具有较好的活性和稳定性。在270℃,50kg/cm~2压力下,时空收率可达2.0ml/ml cat·h,70kg/cm~2压力下为3.4ml/mlcat·h,在连续九天的稳定性试验中活性稳定。在三相床搅拌釜中连续九天的运转结果表明,合金催化剂具有良好的耐磨性。对催化剂物理化学性能作了初步测定,X-射线衍射结果证明,催化剂的活性组份为零价铜。     

含氮氧阴离子螯合配体的铑络合物的常压氢甲酰化催化性能

铑膦络合物是最常用的烯烃氢甲酰化反应的催化剂,目前改进这类催化剂的活性和选择性大多从选用新型膦配体着手,而很少研究改变铑络合物本身的配位环境.Rh(acac)(CO)_2等一价铑络合物是人们熟知的氢甲酰化催化剂,而类似结构的Rh(ON)(CO)_2型络合物(ON为氮氧阴离子配体)催化剂则尚未见报道.本文研究了Rh(ON)(CO)_2与膦配体组成的体系在常压下对烯烃氢甲酰化反应的催化作用.所用三种Rh(ON)(CO)_2型络合物的结构如下:     

负载型铑羰基簇催化剂对二氧化碳甲烷化催化性能的研究

利用Rh_4(CO)_(12)制备了负载于γ-Al_2O_3的金属催化剂,考察了它对二氧化碳加氢甲烷化反应的催化活性,并与由RhCl_3制得的催化剂进行比较,发现由铑羰基簇制得的催化剂有较高的催化活性,存在着明显的簇效应.利用小角X-射线衍射分析了催化剂表面的铑粒子分布状态,结果表明,由Rh_4(CO)_(12)制得的催化剂其载体表面金属铑原子有较大的聚集度,且这种聚集度的适当增大对应着铑CO_2甲烷化产率的相应提高,为簇效应的存在提供了佐证.     

聚乙二醇-水反应介质中长链烯烃的氢甲酰化反应

以聚乙二醇(PEG)为反应介质,考察了水溶性铑膦络合物RhCl(CO)(TPPTS)2 (TPPTS为间-三苯基膦三磺酸钠)对长链烯烃氢甲酰化反应的催化性能. 结果表明,添加适量的水于PEG中对催化剂活性有重要影响. 以PEG-400-H2O为溶剂的催化体系对 1-十二烯氢甲酰化反应的催化活性较高,在100 ℃, 5 0 MPa的优化条件下, 1-十二烯的转化率可达到92 6%, 生成醛的选择性为95 8%. 反应完成后,含水溶性铑膦络合物的PEG-水溶液与含产物的有机相分离方便,易于实现催化剂的循环使用,催化剂重复使用8次,未观察到活性和选择性下降.     

介绍几种简便的制备水合氯化铑(RhCl_3·3H_2O)的方法

许多金属铑的络合物,如Wilkinson催化剂——RhCl(PPh_2)_3、Rh_2Cl_2(CO)_4、RhH(CO)(PPh_3)_3,等都是重要的有机反应(醛化反应、羰基化反应和加氢反应等)的有效催化剂,而水合氯化铑则是制备各种铑络合物的理想起始物质。因为金属铑不溶于沸腾的王水,而由氯气直接与金属铑在高温下反应得到的无水氯化铑不溶于水及无机酸从而无法利用,所以水合氯化铑