苯选择加氢制环己烯Ru-Co-B/ZrO2催化剂的研究

对苯选择加氢制环己烯催化剂的研究,关键是选择性,这方面已经有不少文献报道[1,2],但具有工业应用价值的甚少。此外,载体也是影响环己烯选择性的一个重要因素。本文用化学还原法制备了Ru Co B/ZrO2催化剂,研究了助剂Co和载体ZrO2含量及还原剂对苯选择加氢制环己烯催化性能的影响。1　实验部分1 1　催化剂制备分别用KBH4和甲醛作还原剂,采用化学还原法制备出Ru Co B/ZrO2和Ru Co/ZrO2催化剂。其中RuCl3·xH2O和过渡金属Co盐分别作为活性组分和助剂的前体,纳米级ZrO2作分散剂,所得催化剂为黑色固体粉末。1 2　催化剂性能测试F…     

高活性高选择性苯部分加氢制环己烯催化剂的研究

用化学还原法制得了高活性高选择性Ru-Zn-B/ZrO2苯部分加氢催化剂体系.催化剂制备中活性组分前驱体RuCl3宜在ZrO2上吸附后再还原.催化剂的活性指数γ40和SHE分别为154.7%和85.5%,均高于进口催化剂水平γ40和SHE分别为100%～120%和75%～80%,具有很好的应用前景.催化剂中Ru-Zn-B为三元非晶合金,B以元素态和NaBO3*3H2O化合物存在.随反应温度提高,合金分解,Ru晶化.反应浆液中加入ZnSO4*7H2O可有效降低活性,提高环己烯的选择性.     

纳米 ZrO2 作分散剂的 Ru-Zn 催化剂上苯选择加氢制环己烯

 采用水热法合成了比表面积分别为 34 和 87 m2/g 的 ZrO2 样品 (分别记为 ZrO2-34 和 ZrO2-87), 并考察了它们作分散剂时 Ru-Zn 催化剂上苯选择加氢制环己烯反应的性能. 结果表明, 两个 ZrO2 样品具有相近的纯度和物相, 晶粒粒径分别为 21.6 和 11.4 nm. 其中 ZrO2-34 具有较小的比表面积、较大的孔径、较小的粒径、集中的粒度分布和较大的堆密度, 因而更适合用作苯选择加氢制环己烯 Ru-Zn 催化剂的分散剂, 且循环使用多次催化剂仍表现出较高的选择性和稳定性.     

聚乙二醇稳定的RuB纳米粒子催化苯选择加氢为环己烯的性能研究

PEG稳定的RuB纳米粒子对苯选择加氢制备环己烯显示出良好的催化性能,在不添加硫酸锌的条件下,该体系催化的苯选择性加氢中,环己烯收率高达29%。这一体系的高催化性能是由于PEG稳定的RuB纳米粒子,使催化剂表面的亲水性增强,提高了环己烯的选择性。     

Ru/AlOOH催化剂的制备、表征及其苯选择加氢反应的研究

采用共沉淀法制备了Ru/A1OOH催化剂,以XRD,TG/DTA,TEM和氮物理吸附等手段对其基本物化性质进行了表征.在苯液相选择加氢制备环己烯的反应中,该催化剂显示了很高的苯选择加氢活性和选择性,环己烯得率可达35.8%,优于原位焙烧上述催化剂或浸渍法制得的Ru/γ-A1₂O₃催化剂.催化剂结构与催化性能的对比研究进一步揭示催化剂的亲水性和孔结构在苯选择加氢反应中的重要作用.     

一种新型Ru-Zn体系催化苯选择加氢制环己烯的研究

制备了一种新型苯选择加氢制环己烯Ru-Zn催化剂.研究表明,该催化剂不但具有较好的活性选择性,而且具有稳定的晶态结构,良好的沉降分离性能.Zn/Ru比为8/92时,15min环己烯的收率达48.3%.利用XRD和物理吸附仪等手段对催化剂进行了表征.XRD证实了Ru和Zn形成固溶体,并观察到金属锌物相的存在.     

蜂窝陶瓷整体反应器内苯选择加氢制环己烯

 研究了Ru/ZrO2蜂窝陶瓷整体催化剂对苯液相选择加氢制环己烯反应的催化性能,考察了催化剂载体、活性组分含量、预处理条件、反应温度、反应压力、水和硫酸锌水溶液等对该反应的影响. 结果表明,整体催化剂不经预还原就可以直接进行苯液相加氢反应; 反应物中不加水或其它无机添加剂时环己烯的选择性为0,水或硫酸锌水溶液的加入大大降低了反应活性,但环己烯的选择性显著提高,约达到20%; 反应物中水和苯有最优配比,以保证最佳的环己烯选择性和收率; 反应温度在413～443 K,反应压力为3～4 MPa,硫酸锌浓度为0.1 mol/L时,反应结果较好.     

Y2O3掺杂ZrO2对苯选择加氢制环己烯催化剂Ru-La-B/ZrO2性能的影响

用水热合成法制备了纳米Zr O2和Y2O3掺杂的Zr O2(Zr O2-Y),并考察了它们作载体对苯选择加氢制环己烯催化剂Ru-La-B/Zr O2性能的影响。结果表明,2种Zr O2具有相同微晶尺寸、织构性质和粒度分布。但Zr O2仅含有单斜相Zr O2,而Zr O2-Y不但含有单斜相Zr O2,还含有一部分四方相Zr O2。Y2O3掺杂影响Zr O2的组成和物相,进而影响用其制备催化剂的组成和物相。掺杂的Y2O3可以占据一部分不适宜苯加氢生成环己烯的活性位。因此,Zr O2-Y负载Ru-La-B催化剂活性明显低于Zr O2负载的,在低苯转化率下环己烯选择性前者比后者高。由于四方相Zr O2表面羟基比单斜相少,Zr O2-Y负载Ru-La-B催化剂的亲水性比Zr O2负载的差。环己烯不易从Zr O2-Y负载的催化剂表面脱附。当苯转化率高于52%时,Zr O2-Y负载的催化剂的环己烯选择性低于单斜相Zr O2负载的。Zr O2负载的Ru-La-B催化剂上20 min的环己烯收率达到了52.1%,而Zr O2-Y负载的环己烯收率仅45.2%。纳米单斜相Zr O2较适宜作苯选择加氢制环己烯Ru催化剂的载体。     

苯在Ru-Zn/ZrO2表面部分加氢反应的理论和实验研究

采用理论计算和实验方法研究了 Ru-Zn/ZrO2 催化剂上苯的部分加氢反应. 在还原阶段于水相中引入 Zn2+可使部分 Zn 以原子态进入 Ru 基催化剂. 理论计算表明, Zn 原子在 Ru 基催化剂中的存在同时抑制了苯和环己烯在催化剂表面的化学吸附, 尤其是环己烯在整个催化剂表面的吸附处于一定钝化状态, 这是环己烯选择性提高的重要原因. 实验结果表明, Zn 原子在催化剂中浓度的增加使得催化剂的加氢活性单调下降, 而环己烯选择性则单调上升. 实验和理论计算都证实了 Ru 基催化剂中最佳 Zn 含量的存在.     

由苯制备环己醇新途径

将可溶性Ru纳米粒子用于催化苯选择性加氢制备环己烯反应,考察了还原方法对Ru纳米粒子催化活性的影响;并以醇水还原法制备的Ru纳米粒子为催化剂,考察了温度和压力对反应性能的影响.当使用脱硫的苯作为原料时,苯转化率可达30.2%,环己烯选择性达到46.9%.以无水兰尼镍作催化剂,100oC时,环氧环己烷加氢转化率为100%,环己醇选择性为93.2%.从原料苯出发制得环己醇的单程收率可达14%,由此找到一条制备环己醇的新途径.     

Ru-[bmim]BF4 的制备及催化苯选择加氢反应性能

以离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([bmim]BF4)-水混合溶剂为介质,采用化学还原法制备了Ru-[bmim]BF4催化剂,并利用紫外-可见光谱、红外光谱、透射电镜、X射线衍射和X射线光电子能谱对催化剂进行了表征.结果表明,Ru在[bmim]BF4中分散较好,粒径~2nm,且离子液体中咪唑阳离子与部分Ru形成了金属卡宾配合物.利用苯选择加氢反应对该催化剂性能进行了评价,发现Ru-卡宾配合物存在时,催化剂活性较低,但环己烯选择性较高.在本文反应条件下,苯转化率为12.2%,环己烯选择性为40.5%.重复使用该催化剂时,由于Ru-卡宾配合物在反应中转变为Ru0,其催化活性增加,但环己烯选择性下降.继续多次使用该催化剂,其性能基本保持稳定.     

二乙醇胺作添加剂Ru-Zn催化剂上苯选择加氢制环己烯

采用共沉淀法制备了Ru-Zn催化剂,考察了二乙醇胺的添加对Ru-Zn催化剂上苯选择加氢制环己烯性能的影响,并采用N2物理吸附、透射电镜、X射线衍射、X射线荧光、傅里叶变换红外和程序升温还原等手段对催化剂进行了表征.结果表明,二乙醇胺可以与浆液中ZnSO4反应生成(Zn(OH)2)3(ZnSO4)(H2O)3和硫酸二乙醇胺盐.随着二乙醇胺用量的增加,化学吸附在催化剂表面的(Zn(OH)2)3(ZnSO4)(H2O)3增多,它与硫酸二乙醇胺盐的协同作用提高了Ru-Zn(4.9%)催化剂上苯选择加氢生成环己烯的选择性.当二乙醇胺用量为0.3g时,(Zn(OH)2)3(ZnSO4)(H2O)3在Ru-Zn(4.9%)催化剂加氢后样品的表面高度分散,反应性能最佳,循环使用第3次时苯转化率为84.3%,环己烯选择性和收率分别达75.5%和63.6%;使用至第4次时,反应25min时苯转化率和环己烯选择性仍可达75%以上,环己烯收率为58%以上.     

Effect of Organic Additives on the Performance of Nano-sized Ru-Zn Catalyst

A novel Ru‐Zn catalyst was prepared by coprecipitation. The catalyst was characterized by XRF, XRD and TEM. The effects of organic additives on the performance of the Ru‐Zn catalyst for benzene selective hydrogenation to cyclohexene were investigated. The results showed that the catalyst was composed of Ru and Zn in molar ratio of 33.8:1, and the most probable value of the Ru crystallite size in the catalyst was 5.1 nm. The modification of Ru with Zn and the small size effect were the main cause why the catalyst exhibited the high activity and the excellent cyclohexene selectivity. When PEG (polyethylene glycol) was used as an additive, the activity of the catalyst decreased, and the cyclohexene selectivity increased with the increase of the PEG molecular weight. With the addition of PEG‐20000, a cyclohexene selectivity of 78.9% at a benzene conversion of 68.7% and a maximum cyclohexene yield of 61.4% were obtained. With diethanolamine and triethanolamine as additives, cyclohexene yields were as high as 58.9% and 58.2%, respectively.     

ZnSO_4和La_2O_3作共修饰剂单金属Ru催化剂上苯选择加氢制环己烯

用沉淀法制备了单金属纳米Ru(0)催化剂,考察了ZnSO4和La2O3作共修饰剂对该催化剂催化苯选择加氢制环己烯性能的影响,并用X射线衍射(XRD)、X射线荧光(XRF)光谱、X射线光电子能谱(XPS)、俄歇电子能谱(AES)、透射电镜(TEM)和N2物理吸附等手段对加氢前后催化剂进行了表征.结果表明,在ZnSO4存在下,随着添加碱性La2O3量的增加,ZnSO4水解生成的(Zn(OH)2)3(ZnSO4)(H2O)x(x=1,3)盐量增加,催化剂活性单调降低,环己烯选择性单调升高.当La2O3/Ru物质的量比为0.075时,Ru催化剂上苯转化率为77.6%,环己烯选择性和收率分别为75.2%和58.4%.且该催化体系具有良好的重复使用性能.传质计算结果表明,苯、环己烯和氢气的液-固扩散限制和孔内扩散限制都可忽略.因此,高环己烯选择性和收率的获得不能简单归结为物理效应,而与催化剂的结构和催化体系密切相关.根据实验结果,我们推测在化学吸附有(Zn(OH)2)3(ZnSO4)(H2O)x(x=1,3)盐的Ru(0)催化剂有两种活化苯的活性位:Ru0和Zn2+.因为Zn2+将部分电子转移给了Ru,Zn2+活化苯的能力比Ru0弱.同时由于Ru和Zn2+的原子半径接近,Zn2+可以覆盖一部分Ru0活性位,导致解离H2的Ru0活性位减少.这导致了Zn2+上活化的苯只能加氢生成环己烯和Ru(0)催化剂活性的降低.本文利用双活性位模型来解释Ru基催化剂上的苯加氢反应,并用Hückel分子轨道理论说明了该模型的合理性.     

串联双釜连续反应装置中Ru-Co-B/ZrO2上苯选择加氢制环己烯

采用化学还原法制备了苯选择加氢制环己烯催化剂Ru-B/ZrO₂,考察了Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu和Zn等过渡金属的添加对Ru-B/ZrO₂催化剂性能的影响.结果表明,这些过渡金属的添加均可提高Ru-B/ZrO₂催化剂中的B含量.B的修饰及第二种金属或金属氧化物的集团效应和配位效应导致Ru-B/ZrO₂催化剂活性降低和环己烯选择性升高.当Co/Ru原子比为0.06时,Ru-Co-B/ZrO₂催化剂上反应25min苯转化率为75.8%时,环己烯选择性和收率分别为82.8%和62.8%.在双釜串联连续反应器中和优化反应条件下,Ru-Co-B/ZrO₂催化剂使用419h内苯转化率稳定在40%左右,环己烯选择性和收率分别稳定在73%和30%左右.     

The Modifiable Character of a Novel Ru-Fe-B/ZrO2 Catalyst for Benzene Selective Hydrogenation to Cyclohexene

A novel Ru‐Fe‐B/ZrO₂ catalyst for the selective hydrogenation of benzene to cyclohexene was prepared by the chemical reduction method. A yield of cyclohexene of 57.3% was achieved at benzene conversion of 80.6% on this catalyst. The activity and yield of cyclohexene were higher than those studied previously. The structural characterizations of the catalyst were performed by TEM‐SAED, XRD, and N₂‐physisorption. Moreover, cyclohexene selectivities on this catalyst increased and the activities decreased with the increase of the ZnO dosages, however, the activities increased and cyclohexene selectivities decreased with the increase of the H₂SO₄ dosages. Different feeding manners of H₂SO₄ or ZnO exerted definitely influence on the performances of this catalyst, but the degrees of influence were different due to the character of chemisorptions. Furthermore, the activity and cyclohexene selectivity on the catalysts could be reversibly modified by adding H₂SO₄ or ZnO into reaction slurry, which provides an easy method to recover the activity and selectivity of Ru‐Fe‐B/ZrO₂ catalysts during the process of producing cyclohexene. And the modifiable mechanisms involved were speculated.     

液相法苯选择加氢制环己烯催化反应动力学方程

 测定了Ru－M－B／ZrO2催化剂上选择加氢制环己烯反应过程中苯、环己烯及环己烷浓度随时间变化的c～t曲线，获得了苯选择加氢制环己烯反应中各步反应的级数和速率常数等动力学参数．结果给出，苯转化的反应级数对苯为1，对氢低压下为2，高压下为0；环己烯继续加氢生成环己烷的反应级数对环己烯为0，对氢低压下为2，高压下为0．在此基础上建立了苯选择加氢制环己烯各步反应的动力学方程，并对动力学方程进行了验证．     

ZnSO4和La2O3作共修饰剂单金属Ru催化剂上苯选择加氢制环己烯

用沉淀法制备了单金属纳米Ru（0）催化剂,考察了ZnSO₄和La₂O₃作共修饰剂对该催化剂催化苯选择加氢制环己烯性能的影响,并用X射线衍射（XRD）、X射线荧光（XRF）光谱、X射线光电子能谱（XPS）、俄歇电子能谱（AES）、透射电镜（TEM）和N₂物理吸附等手段对加氢前后催化剂进行了表征. 结果表明,在ZnSO₄存在下,随着添加碱性La₂O₃量的增加,ZnSO₄水解生成的（Zn（OH）₂）₃（ZnSO₄）（H₂O）_x（x=1,3）盐量增加,催化剂活性单调降低,环己烯选择性单调升高. 当La₂O₃/Ru 物质的量比为0.075 时,Ru催化剂上苯转化率为77.6%,环己烯选择性和收率分别为75.2%和58.4%. 且该催化体系具有良好的重复使用性能. 传质计算结果表明,苯、环己烯和氢气的液-固扩散限制和孔内扩散限制都可忽略. 因此,高环己烯选择性和收率的获得不能简单归结为物理效应,而与催化剂的结构和催化体系密切相关. 根据实验结果,我们推测在化学吸附有（Zn（OH）₂）₃（ZnSO₄）（H₂O）_x（x=1,3）盐的Ru（0）催化剂有两种活化苯的活性位：Ru⁰和Zn²⁺. 因为Zn²⁺将部分电子转移给了Ru,Zn²⁺活化苯的能力比Ru⁰弱. 同时由于Ru和Zn²⁺的原子半径接近,Zn²⁺可以覆盖一部分Ru⁰活性位,导致解离H₂的Ru⁰活性位减少. 这导致了Zn²⁺上活化的苯只能加氢生成环己烯和Ru（0）催化剂活性的降低. 本文利用双活性位模型来解释Ru基催化剂上的苯加氢反应,并用Hückel分子轨道理论说明了该模型的合理性.     

Enhancing the selective hydrogenation of benzene to cyclohexene over Ru/TiO_2 catalyst in the presence of a very small amount of ZnO

Highly efficient and greener hydrogenation of benzene to cyclohexene is of great importance but is challenging.In this work,Ru/Ti O2 catalyst was prepared by a simple chemical-reduction method.The catalyst was characterized by transmission electron spectroscopy(TEM),X-ray powder diffraction(XRD),Fourier transform infrared spectroscopy(FTIR),X-ray photoelectron spectroscopy(XPS),and nitrogen adsorption-desorption techniques.It was shown that the Ru nanoparticles with average size of about 2.2 nm were dispersed uniformly on the surface of the Ti O2 support.The effect of a very small amount of Zn O in Na OH solution on the selectivity to cyclohexene was investigated under different conditions by using Ru/Ti O2 catalyst.It was found that the addition of a small amount of Zn O to the Na OH solution could effectively enhance the selectivity to cyclohexene and that the yield of cyclohexene could reach 41.5%.Control experiments revealed that the main reason for the enhancement of the selectivity to cyclohexene was the presence of Zn O in the form of Na2Zn(OH)4 in the alkaline solution,which effectively retarded the further hydrogenation of cyclohexene.A recycling experiment showed that the yield of cyclohexene was not obviously decreased after four reuses.     

Ru/ZrO_2催化剂在苯部分加氢反应中的粒径效应

采用多元醇还原法将2.4~5.4 nm范围内粒径均一、尺寸可控的Ru纳米粒子负载在ZrO2上,研究了Ru的粒径对Ru/ZrO2催化剂上苯部分加氢性能的影响.采用紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、N2物理吸附、H2化学吸附、H2-程序升温脱附(H2-TPD)、粉末X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)等手段对催化剂进行了系统的表征.研究表明,用于还原的醇的种类及添加剂乙酸钠的浓度对Ru粒径有显著影响.在苯部分加氢反应中,Ru/ZrO2催化剂有明显的粒径效应.随着Ru粒径的增大,苯的转换频率(TOF)提高,环己烯初始选择性(S0)则呈火山型变化趋势,选择性最高时的Ru粒径为4.4 nm.1,2-丙二醇还原得到的Ru/ZrO2催化剂上S0及环己烯得率最高,分别可达82%和39%.结合催化剂的表征和加氢结果,讨论了Ru粒径影响苯部分加氢活性和选择性的原因.