溶胶—凝胶法制备NiO／SiO2催化剂研究

分别以正硅酸乙酯、硝酸镍为硅源和镍源,采用溶胶－凝胶法,经超临界流体干燥和普通干燥制备了NiO-A-SiO2、NiO-G-SiO2催化剂;以气凝胶和干凝胶为载体,采用浸渍法制备了NiO/A-SiO2、NiO/G-SiO2催化剂。并用XRD、TEM、BET、TPR等手段,研究了制备方法对催化剂织构、结构和Ni物种存在形态的影响,发现NiO-A-SiO2和NiO-G-SiO2催化剂上高度分散的NiO簇团与SiO2之间有较强的相互作用,其顺酐液相选择加氢转化率低于10％;NiO/G-SiO2催化剂上,以单一物种形态存在的NiO与SiO2相互作用弱,顺酐转化率为42％;NiO/A-SiO2催化剂上,以多种形态存在的微量NiO与SiO2间的相互作用较复杂,其顺酐液相选择加氢的转化率和丁二酸酐的选择性分别可达100％和98％。     

金催化顺丁烯二酸酐的选择加氢反应

采用溶胶-凝胶法制备了一系列担载纳米金催化剂，用以催化顺丁烯二酸酐(简称顺酐，MA)的选择加氢反应．模板剂的引入改变了催化剂载体的结构，从而提高了其催化活性和对加氢产物丁二酸酐(SA)以及丁二酸二乙酯(DFAS)的选择性．同时考察了反应温度、溶剂、催化剂制备方法对顺酐选择加氢反应的影响以及催化剂的重复使用性能．实验结果表明，以焙烧处理除去模板剂十八胺的Au／SiO2-O(C)为催化剂时，顺酐选择加氢制取丁二酸酐和一步加氢酯化制取丁二酸二乙酯的效果最佳，其转化率以及产物选择性均大于99．5％．     

NiO/SiO2气凝胶催化剂性能研究 Ⅱ. 顺酐合成丁二酸酐和γ-丁内酯的工艺条件

研究了溶胶-凝胶法制备的NiO-SiO2催化剂上温度,压力,反应时间,催化剂用量等工艺条件对顺酐液相选择加氢性能的影响.结果表明镍含量为30%的NiO/SiO2气凝胶催化剂在适当的反应条件下顺酐液相加氢可高选择性地获得丁二酸酐和γ-丁内酯.当反应温度453K,氢压5.0MPa,反应时间8h,顺酐转化率100%,γ-丁内酯的选择性78.57%;生成丁二酸酐的条件因有或无溶剂而异,有溶剂存在时,反应温度398K,氢压2.0MPa;无溶剂在423K,氢压1.0MPa,顺酐转化率和丁二酸酐的选择性达99.5%以上.     

NiO/SiO2气凝胶催化剂性能研究 Ⅰ. 镍含量的影响

以硝酸镍和正硅酸乙酯为原料采用溶胶凝胶超临界流体干燥法制备了不同镍含量的气凝胶催化剂.XRD,TPR,TEM,IR等物理技术表征和顺酐液相催化加氢活性评价结果表明NiO/SiO2气凝胶催化剂中NiO与SiO2有较强的相互作用,镍含量对活性组分与载体之间相互作用的影响导致催化剂具有不同的丁二酸酐和γ-丁内酯的选择性.在镍含量为30w%,经673K焙烧的催化剂上γ-丁内酯的选择性最佳.     

NiO-SiO2，NiO-Al2O3和NiO-Al2O3-SiO2催化剂上顺酐选择加氢性能的比较

以正硅酸乙酯和硝酸铝分别为硅源和铝源，硝酸镍为活性组分前驱物，采用溶胶-凝胶法制备了NiO-SiO2，NiO-Al2O3和NiO-Al2O3-SiO2催化剂。顺酐液相选择加氢活性和选择性评价结果表明：顺酐在三种催化剂上转化率都在99%以上，而产物的选择性有较大的差别，其中NiO-SiO2催化剂上γ-丁内酯的选择性达80.1%，NiO-Al2O3催化剂上丁二酸酐选择性达99%以上，NiOAl2O3SiO2催化剂上两种产物都有。XRD，TPR等体相结构和表面结构的表征说明，三种催化剂的相组成、NiO的分散性及与载体的相互作用存在明显差别，这些差别可能是造成不同选择加氢性能的原因。     

Ni/SiO_2、Ni/TiO_2-SiO_2催化剂上顺酐液相选择加氢合成γ-丁内酯

通过溶胶-凝胶方法结合超临界干燥技术制备了SiO2和TiO2-SiO2复合氧化物气凝胶载体,采用等体积浸渍法制备了Ni/SiO2和Ni/TiO2-SiO2催化剂,运用BET、H2-TPR、XRD、TEM及FT-IR等手段对催化剂进行了表征,并考察了催化剂在顺酐液相选择加氢合成γ-丁内酯反应中的催化性能.结果表明,Ni/TiO2-SiO2催化剂中Ti-O-Si键的形成增强了NiO与载体的相互作用,促进了NiO在载体表面的分散,得到了晶粒较小的活性Ni0物种,表现出高的加氢活性,在H2压力5.0 MPa、反应温度240℃、反应时间6 h的条件下,顺酐转化率为100%,γ-丁内酯的选择性达94.7%.     

超细负载NiO/SiO2催化剂用于顺酐选择加氢反应研究

以正硅酸乙酯、氯化镍为原料，分别采用Sol-Gel法和浸渍法制备了NiO/SiO2和NiO/SiO2超细负载型催化剂，用TEM、TPR、XRD、XPS等手段，表征了催化剂的结构，并进行了顺酐液相选择加氢活性评价和工艺条件优化选择。结果表明，NiO/SiO2和NiO/SiO2催化剂都具有较高比表面积及大孔体积；其活性组分粒径小、分布均匀，两者都是优良的顺酐液相选择国氢催化剂，其特点是催化剂用量少，在Ni／顺酐（摩尔比）＝0．0044、3．0MPa、150℃的条件下，反应3h顺酐转化率和丁二酐的选择性都在99％以上。     

碳改性对Ni/Al2O3催化剂顺酐加氢合成γ-丁内酯反应性能的影响

通过热解蔗糖/Al2O3前驱体的方法制备了炭包覆改性Al2O3(CCA)载体,并采用等体积浸渍制备了负载量17 %的镍基催化剂.对载体及相应催化剂进行了TPO-MS、N2物理吸附、TPR、XRD等测试表征,并考察了催化剂顺酐(MA)加氢合成γ-丁内酯(GBL)的反应性能.结果表明,适量炭的引入改变了载体Al2O3的表面性质,使金属-载体相互作用减弱,活性组分镍的分散度提高,催化剂在MA加氢反应中表现出高的GBL选择性.当Al2O3中引入8.9 %的炭时,催化剂表现出最高的催化活性,在210 ℃,5 MPa氢气压力下反应3 h时,MA转化率达98%以上,GBL选择性达91.71 %.     

Cr-Cu/SiO2 催化剂上顺酐和1,4-丁二醇的耦合反应

研究了Cr-Cu/SiO2催化剂上顺酐加氢反应和1,4-丁二醇脱氢反应耦合制备重要的精细化学品γ-丁内酯.耦合反应显著提高了顺酐转化率和γ-丁内酯选择性.Cr修饰提高了催化剂的脱氢活性,抑止了催化剂的过度加氢活性,使1,4-丁二醇的转化率和γ-丁内酯选择性显著提高.Cr修饰量为w=5%的Cr-Cu/SiO2催化剂上耦合反应的原料转化率为100%,γ-丁内酯选择性达98.8%.XRD,XPS等研究表明,Cr修饰促进了催化剂上铜元素的分散,氧化铬对氧化铜有给电子作用,Cr修饰的Cr-Cu/SiO2催化剂还原后比Cu/SiO2具有更多的Cu ,这有利于催化剂脱氢活性和γ-丁内酯选择性的提高.     

炭改性对Ni/Al_2O_3催化剂顺酐加氢合成γ-丁内酯反应性能的影响

通过热解蔗糖/Al2O3前驱体的方法制备了炭包覆改性Al2O3(CCA)载体,并采用等体积浸渍制备了负载量17%的镍基催化剂.对载体及相应催化剂进行了TPO-MS、N2物理吸附、TPR、XRD等测试表征,并考察了催化剂顺酐(MA)加氢合成γ-丁内酯(GBL)的反应性能.结果表明,适量炭的引入改变了载体Al2O3的表面性质,使金属-载体相互作用减弱,活性组分镍的分散度提高,催化剂在MA加氢反应中表现出高的GBL选择性.当Al2O3中引入8.9%的炭时,催化剂表现出最高的催化活性,在210℃,5 MPa氢气压力下反应3 h时,MA转化率达98%以上,GBL选择性达91.71%.     

前驱物对NiO/SiO_2气凝胶催化剂性能的影响

分别用硝酸镍、醋酸镍和氯化镍为活性组分前驱物，正硅酸乙酯为硅源，采用 溶胶凝胶超临界流体干燥法制备了N-SiO_2，Ac-SiO_2和C-SiO_2催化剂，经TEM， TPR，XRD，IR等物性结构表征及催化加氢活性评价结果表明：前驱物对由溶胶凝胶 法制备催化剂中氧化镍的分散性，晶粒大小及与载体的相互作用都有明显的影响， N-SiO_2催化剂有Ni-O-Si键形成，NiO呈簇团结构，粒径最小，分散性最好，但加 氢活性最低；Ac-SiO_2和C-SiO_2催化剂中氧化镍呈微晶态，与载体相互作用较弱 。在三种催化剂中，NiO与载体相互作用强弱顺序为：N-SiO_2 > Ac-SiO_2 > C- SiO_2，但加氢活性大小顺序相反为：C-SiO_2 > Ac-SiO_2 > N-SiO_2；C-SiO_2催 化剂加氢活性和丁二酸酐的选择性均在99%以上。     

Low-temperature hydrogenation of maleic anhydride to succinic anhydride and γ-butyrolactone over pseudo-boehmite derived alumina supported metal(metal = Cu,Co and Ni) catalysts

The pseudo-boehmite derived alumina supported metal(Cu,Co and Ni) catalysts prepared by the impregnation method were investigated in hydrogenation of maleic anhydride(MA) to succinic anhydride(SA) and γ-butyrolactone.The catalysts were characterized by ICP-AES,N_2 adsorptiondesorption,XRD,H_2-TPR,CO-TPD,dissociative N_2O adsorption and TEM and the results showed that the alumina possessed mesoporous feature and the metal species were well dispersed on the support.Compared to Cu/Al_2O_3 and Co/Al_2O_3,Ni/Al_2O_3 exhibited higher catalytic activity in the MA hydrogenation with 92%selectivity to SA and nearly 100%conversion of MA at 140 °C under 0.5 MPa of H_2 with a weighted hourly space velocity of 2 h ~1(MA).The stability of Ni/Al_2O_3 catalyst was also investigated.     

苯中硫在Ni/ZnO催化剂上加氢吸附脱除的研究

比较了浸渍法与共沉淀法制备的Ni/ZnO催化剂对芳烃原料的深度脱硫活性和选择性,并采用H₂-TPR、XRD和BET等手段对催化剂进行了表征。结果表明,NiO与载体ZnO之间的相互作用程度对催化剂的性能有很大影响。与ZnO相互作用较弱的游离态NiO还原后生成的Ni⁰,导致苯加氢生成环己烷;与ZnO相互作用较强的NiO还原后生成的Ni⁰具有脱硫能力但不是苯加氢活性中心。共沉淀法制备的催化剂由于NiO与载体相互作用较强,游离态NiO较少,且比表面积相对较大,因而具有较高的活性和选择性。同时发现,还原温度对催化剂的性能具有很大影响,在400℃还原时开始出现Ni_xZn_y合金,且随着还原温度的升高,晶粒长大,比表面积降低,导致催化剂活性降低。Sn助剂的加入能增加NiO与载体的相互作用,抑制游离态的NiO生成,从而减少苯的损失。     

氮气气氛下焙烧的CeO_2载体负载Ni基催化剂的顺酐加氢性能研究

在氮气气氛中合成了具有较高氧缺陷浓度的CeO_2载体,采用浸渍法制备了Ni含量为10%的Ni/CeO_2-N催化剂,考察了其顺酐液相加氢性能,并与氧气气氛中制得的CeO_2载体负载Ni催化剂作了对比.N_2低温物理吸脱附,X-射线衍射,拉曼光谱,H_2程序升温还原等表征手段表明,在氮气气氛中合成的CeO_2具有较高浓度的氧缺陷位,在催化剂还原过程中可促进NiO物种的还原,同时在催化剂表面生成更多的氧缺陷位.该氧缺陷位可与活性金属Ni物种协同作用,显著提高催化剂的C=C及C=O加氢活性.     

ZrO2—SiO2负载Cu—Ni催化剂的CO2加氢反应性能

采用表面反应改性法,制备了ZrO2-SiO2（ZrSiO)表面复合物载体,用等体积浸渍法制备了ZrSiO担载的Cu-Ni双金属催化剂,借助BET、TPR、IR和微反等技术,研究了ZrSiO及其负载的Ni、Cu双金属催化剂的表面构造,化学吸附及催化CO2加氢的反应性能,结果表明,ZrSiO表面主要是价联型结构,ZrO2引入SiO2表面,可以有效地促进CuO和NiO的还原,在ZrSiO负载的Cu-Ni催化剂表面的Cu或Ni位,CO2发生化学 吸附形成线、剪式、卧式吸附态,在该催化剂上CO2的加氢反应产物主要是CH3OH3、CH4、CO和H2O生成CH3OH的选择性与催化剂组成及反应条件密切相关,在适当的条件,CH3OH的选择性大于90％。     

IB金属对Ni/SiO2催化剂乙炔选择性加氢反应性能的影响

乙烯是合成聚乙烯的原料,其主要来源是石油裂解气,其中少量的乙炔杂质会严重毒化生产聚乙烯的催化剂,因此需要将其去除.对于乙炔选择加氢反应,传统工业上使用的是Pd基催化剂,尽管其乙炔转化率很高,但对乙烯的选择性很低.我们前期的研究发现,IB族金属(Au,Ag和Cu)与Pd形成的合金单原子催化剂可以有效地提高乙烯的选择性.作为与Pd同组的非贵金属,Ni催化剂在多种催化加氢反应中显示出优异活性,而在乙炔选择加氢反应中,Ni是否能够替代贵金属Pd尚无定论.本文系统地研究了IB金属对Ni/SiO2催化剂乙炔选择性加氢性能的影响.与Pd/SiO2催化剂不同,单金属Ni/SiO2催化剂在低温下不具有活性.将IB金属添加到Ni/SiO2催化剂中,可以显著提高其催化活性以及对乙烯的选择性.其中,AuNix/SiO2和CuNix/SiO2催化剂的催化活性随还原温度升高而提高,而AgNix/SiO2催化剂对预处理温度不敏感.通过调变IB/Ni原子比和还原温度优化了催化剂的催化性能,发现优化后的三种催化剂(CuNi0.125/SiO2、AgNi0.5/SiO2和AuNi0.5/SiO2)的活性和选择性随反应温度升高表现出相似的变化趋势.催化稳定性考察结果显示,CuNi0.125/SiO2催化剂表现出最高选择性和稳定性;尽管AuNi0.5/SiO2的初始活性最高,但是稳定性最低.采用XRD、TPR和微量吸附量热等表征手段对不同IB金属对Ni基催化剂性质的影响进行了系统考察.以Cu-Nix/SiO2催化剂为例,H2-TPR测试结果表明,Cu-Ni双金属纳米颗粒的形成使得还原温度低于相应的单金属催化剂,表明铜和镍之间存在明显的相互作用.此外,通过TPR获得的CuNix/SiO2催化剂上的氢气消耗量与理论耗氢量相吻合,表明在还原处理的过程中双金属催化剂中的CuO和NiO可以被完全还原.乙炔的微量吸附量热结果表明,在CuNi0.125/SiO2,AgNi0.5/SiO2,AuNi0.5/SiO2和Ni0.5/SiO2催化剂上的初始吸附热分别为187,196,304和103 kJ/mol,即它们的初始乙炔吸附强度顺序为AuNi0.5/SiO2>AgNi0.5/SiO2>CuNi0.125/SiO2>Ni0.5/SiO2.该结果与三者的初始催化活性顺序一致,表明IB金属的加入可以增强乙炔在催化剂表面的吸附,从而提高催化活性.     

表面酸性对Ni/SiO_2-Al_2O_3催化剂催化1,4-丁炔二醇高压加氢性能的影响

通过浸渍法分别在Al(OH)_3和Al_2O_3中引入SiO_2,经焙烧后制备具有不同表面酸性质的SiO_2-Al_2O_3载体,以上述SiO_2-Al_2O_3及Al_2O_3为载体,采用等体积浸渍法制备Ni负载量为15%的Ni/SiO_2-Al_2O_3催化剂(分别为Ni/SA-1和Ni/SA-2)与Ni/Al_2O_3.采用N2物理吸附、Py-FTIR、NH3-TPD、XRD、H2-TPR和H2-TPD手段对催化剂进行表征,考察了表面酸性质对催化剂催化1,4-丁炔二醇高压加氢性能的影响.结果表明,SiO_2引入方式会影响Ni/Al_2O_3催化剂表面酸性质及活性组分Ni在载体表面的分散行为.在Al(OH)3中引入SiO_2时,Ni/SA-1催化剂不仅活性组分具有高分散度,而且表面具有丰富的L酸位点,L酸位点与Ni活性中心协同作用有效提高了催化剂的高压加氢性能.而在Al_2O_3中直接引入SiO_2时,SiO_2覆盖了Al_2O_3表面的L酸位点,催化剂活性组分分散度较低,表现出低的加氢活性.