高活性甲醇氧化羰基化CuY催化剂的结构及催化活性中心

采用硝酸铜溶液和NaY分子筛溶液离子交换制备了CuY催化剂,通过加入氨水提高交换溶液的pH值以及高温焙烧活化,显著提高了甲醇氧化羰基化合成碳酸二甲酯的催化活性,与固相离子交换、沉积和浸渍法制备的催化剂相比,虽负载的铜量较低,但催化活性较高. 通过元素分析、XRD、H2-TPR、XPS和AES等对CuY催化剂微观结构的表征表明,在Cu(NO3)2离子交换溶液中加入氨水,促进了Cu2+离子交换的进行,提高了CuY催化剂的Cu交换量,并且交换的Cu2+主要落位于分子筛的超笼中. 在惰性气氛中焙烧活化CuY催化剂,Cu2+自还原为Cu+,氨促进了自还原过程的进行,显著提高了催化剂的活性. 焙烧活化温度越高,越有利于超笼中Cu2+→Cu+的自还原过程,使超笼中Cu+的含量增加, CuY催化活性增加. 进一步研究表明Y分子筛超笼中的Cu+是主要的催化活性中心.     

Ce,La和Cs离子对CuY催化甲醇氧化羰基化活性中心的影响

将NaY分子筛在Ce, La和Cs的硝酸溶液中进行离子交换制得CeY, LaY和CsY分子筛, 然后在pH＝9.5的硝酸铜氨溶液中进行二次离子交换, 并在惰性气氛下于600 ℃高温活化得到CuCeY, CuLaY和CuCsY催化剂. 与CuY催化剂相比, 加入Ce, La和Cs催化剂的甲醇氧化羰基化合成碳酸二甲酯的催化活性均显著提高. 采用元素分析, XRD, H₂-TPR, CO-TPD, CH₃OH-TPD, XPS等对催化剂微观结构进行了表征分析. 结果表明, 阳离子Ce和La促进了Cu^2＋在分子筛超笼内的落位, 在高温活化中有利于转化为更多的活性物质Cu^＋, 从而提高了催化剂的活性|阳离子Cs阻碍了Cu^2＋在分子筛超笼内的落位, 不利于催化活性的提高. 但阳离子的引入, 减弱了催化剂对CO的吸附, 加强了对CH₃OH的吸附(CuCeY除外), 而CuCsY催化剂对CO的吸附最弱, 对CH₃OH的吸附最强, 使其催化活性最佳. 另外, 阳离子的引入加大了催化剂Cu^2＋的自还原难度, 但相比CuCeY, CuLaY催化剂, CuCsY催化剂中Cu^2＋自还原难度最小, 高温活化中更容易转化为活性物质Cu^＋, 利于其活性的提高.     

CuNaY分子筛的有效吸附位与其脱硫性能的关联性研究

以液相离子交换法制备了一系列不同Cu负载量的CuNaY分子筛;采用XRD及N₂吸附-脱附表征分子筛的微观结构和织构性质,采用动态吸附法考察其对噻吩模拟油的吸附脱硫性能,结合NH₃-TPD和Py-FTIR方法对CuNaY分子筛的酸量和有效Cu⁺物种进行定量分析,研究了CuNaY分子筛的表面酸性和铜物种形态结构对其吸附脱硫性能的影响机制。结果表明,通过改变铜负载量可有效调控改性Y分子筛的表面酸性以及铜物种化学形态;适量铜物种的引入可以最大限度的形成有效吸附位,从而获得最优吸附脱硫性能,而过量的Cu物种会在Y分子筛笼内形成多核铜物种结构,导致有效吸附位点的减少,影响其对噻吩的吸附能力。     

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.     

磺化Salen金属配合物插层水滑石选择性催化氧化甘油制备二羟基丙酮的研究

制备了一系列含不同金属离子的磺化Salen金属配合物插层水滑石催化剂用于甘油催化氧化制备二羟基丙酮(DHA)。利用X射线粉末衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)及电感耦合等离子发射光谱(ICP)分析手段对催化剂进行了表征。结果表明,磺化Salen配体插入镁铝水滑石(LDH)层板间,金属离子与磺化Salen配体配合,制备出磺化Salen金属配合物插层的水滑石非均相催化剂。反应结果表明,含Cr³⁺及含Cu²⁺催化剂有利于H₂O₂活化,催化活性较高,含Cu²⁺催化剂利于甘油脱氢,DHA选择性较高。含Cu²⁺催化剂用于甘油催化氧化反应时,在pH值为7、60 ℃条件下反应4 h,甘油转化率为40.3%,DHA选择性达到52.9%。     

Cextrant 230从低品位铜矿H2SO4-NaCl浸出液中选择性提取回收铜

助浸剂NaCl可提高硫酸在常温常压下浸取低品位复杂铜矿时铜的浸出率,但也形成了含铜的混酸溶液。二(2-乙基己基)-(N-(2-乙基己基)氨基)甲基膦酸酯(Cextrant230)对混酸(H₂SO₄+HCl)溶液中Cu²⁺、Fe³⁺、Co²⁺、Mg²⁺和Al³⁺的萃取行为进行了研究。结果表明,Cextrant 230对混酸溶液中的Cu²⁺和Fe³⁺具有良好的萃取能力和选择性,而对Co²⁺、Mg²⁺和Al³⁺的萃取能力较弱;Cl^-可促进Cu²⁺的萃取,而SO₄^2-和HSO₄^-对Cu²⁺的萃取起抑制作用;Cu²⁺的萃取过程是放热反应;当水相初始pH值为1.16...     

X-射线吸收谱原位表征Cu-Zn/SiO2催化剂Cu价态

铜基催化剂的价态组成与制备方法、还原温度有关,也是决定其催化性能的关键因素.本文对比研究Cu-Zn/SiO₂和Cu/SiO₂催化剂前驱体在不同还原温度下的价态组成及其醋酸甲酯加氢性能.采用同步辐射X射线吸收谱原位表征催化剂前驱体的Cu K边的X射线近边吸收谱（XANES）,通过线性组合分析方法（LCF）拟合XANES吸收谱得到了催化剂前驱体在不同还原温度下氧化态（Cu²⁺、Cu⁺）和金属态（Cu⁰）的组分含量.结果表明：（1）采用蒸氨法添加Zn制备的Cu-Zn/SiO₂催化剂前驱体铜组分还原度高;（2）催化剂前驱体在还原过程中Cu⁺主要存在于低温还原阶段（<250℃）,且Cu⁰+Cu⁺含量较低（≤ 40%）;（3）金属态铜是醋酸酯加氢反应的活性中心.     

CuY制备方法对其催化甲醇氧化羰基化活性中心的影响

以Cu(NO₃)₂为铜源,以NaY和HY分子筛为载体,通过溶液离子交换法和等体积浸渍法制备了不同的无氯CuY催化剂,并进行了气相甲醇氧化羰基化催化活性研究。通过浸渍法制备的催化剂Cu含量为10%,而以NaY和铜氨溶液离子交换制备的催化剂Cu含量只有6.3%,但其催化活性和选择性均较好。通过催化剂的Cu元素分析、低温氮吸附-脱附、XRD、H₂-TPR、XPS和TPD等表征表明,溶液离子交换法制备的催化剂,Cu物种以离子的形式高度分散于分子筛骨架结构中,较好地保持了分子筛晶体结构,并对甲醇有较强的吸附能力,催化活性较高,而将等体积浸渍Cu(NO₃)₂溶液后的HY或NaY分子筛,在400 ℃焙烧过程中,发生了固体离子交换反应,形成了连接于分子筛骨架的Cu²⁺,但以HY为载体更容易进行固体离子交换,未交换的铜物种以CuO的形式分散到分子筛表面。在600 ℃高温活化中,催化剂中Cu²⁺可部分还原为活性物质Cu⁺,但以NaY和铜氨溶液离子交换制备的催化剂Cu²⁺自还原能力最大。     

NH4+交换度对 CuY催化剂上甲醇氧化羰基化反应性能的影响

碳酸二甲酯(DMC)是一种应用极其广泛的绿色化工产品,其中经济、绿色的甲醇氧化羰基化合成 DMC工艺极具工业前景,而 Y分子筛负载铜(CuY)是有效催化剂之一.众所周知, CuY催化剂上的 Cu+是催化活性中心. Cu+催化活性中心的引入方式用两种：(1) CuCl直接与 HY分子筛固相离子交换;(2) Cu2+与 NaY分子筛溶液离子交换,然后 Cu2+自还原生成活性中心 Cu+.在无溶剂条件下制备 CuY催化剂时,载体 HY分子筛中的可交换位 H+量是决定催化剂 CuY氧化羰基化催化性能的关键因素.文献通过以不同硅铝比的 HY分子筛为载体制备的催化剂 CuY,研究铜离子可交换位 H+量对氧化羰基化的影响,然而,硅铝比的不同也直接影响了分子筛骨架的组成、Si–O–Al的键角、甚至影响了 Al3+的分散度,这些因素都直接影响了 CuY催化剂活性.因此,研究 NaNH4Y分子筛载体中的可交换位(NH4+)的量与 CuY催化剂活性间的关系具有非常重要的意义.本文将 NaY分子筛与不同浓度的 NH4NO3溶液进行离子交换,制得具有不同 NH4+交换度的 NaNH4Y分子筛,以其为载体,以具有易升华、易分解性质的乙酰丙酮铜 Cu(acac)2为铜源,在无溶剂条件下,高温热处理二者固相混合物, NaNH4Y 分子筛中的 NH4+与 Cu(acac)2中的 Cu2+发生了离子交换, Cu2+进一步发生自还原生成活性中心 Cu+,成功地制备了完全无氯的 CuY催化剂,应用于催化常压甲醇氧化羰基化合成 DMC过程,研究 NaNH4Y分子筛中的铜离子可交换位 NH4+与催化剂 CuY催化性能间的关系.通过各种表征及对 CuY催化剂在甲醇氧化羰基化过程中催化活性分析发现, Y分子筛经过 NH4NO3溶液离子交换及催化剂的制备过程,其八面沸石结构和孔道保持良好.以未经过离子交换的 NaY负载的 CuY催化剂上的铜物种完全以 CuO形式存在,且没有催化活性.随着 NH4+交换度增加, CuY催化剂表面 CuO含量逐渐降低,而活性中心 Cu+含量逐渐增加,且其催化活性也随之增加.当 NH4+交换度趋于极限值时, CuY催化剂中 Cu+含量达最大,其催化活性也达最佳, DMC的时空收率和选择性分别为267.3 mg/(g·h)和68.5%,甲醇转化率为6.9%.因此,无溶剂条件下,以 NaNH4Y分子筛为载体, Cu(acac)2为铜源,制备完全无氯 CuY催化剂时, NH4+是形成 Cu+活性中心的必须条件,且 NH4+交换度直接影响催化剂 CuY的催化活性.     

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。     

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。     

Adsorption of Heavy Metal Ions from Aqueous Solutions by Zeolite Based on Oil Shale Ash: Kinetic and Equilibrium Studies

Na-A zeolite was successfully synthesized via the alkaline fusion method with oil shale ash as the raw material. The adsorption capacity of it was tested by removing Cu²⁺, Ni²⁺, Pb²⁺ and Cd²⁺ from aqueous solutions. The results reveal the maximum adsorption capacity of adsorbent for Pb²⁺, Cu²⁺, Cd²⁺ and Ni²⁺ were 224.72, 156.74, 118.34 and 53.02 mg/g, respectively. The effects of contact time and pH value of solutions on the adsorption efficiency of the zeolite were evaluated. Besides, The equilibrium adsorption data and the batch kinetic data were correlated with Langmuir and Freundlich models and the pseudo-first-order and pseudo-second-order models separately. The results show that the Langmuir isotherm and the pseudo-second-order equation were more suitable for the adsorption of Na-A zeolite for the metal ions. In addition, Thermodynamic parameters of the adsorption(the Gibbs free energy, entropy, and enthalpy) were also evaluated and discussed. The results demonstrate that the adsorption process was spontaneous and endothermic under natural conditions and the synthesized zeolite was an effective adsorbent for the removal of metal ions from aqueous solution.     

Cu-Ni-Al尖晶石催化甲醇重整制氢:Al含量的影响

采用固相球磨法制备了Al含量不等的Cu-Ni-Al三元尖晶石固溶体催化剂，通过BET、XRD、H₂-TPR、XPS表征和催化性能评价，研究了Al含量对Cu-Ni-Al尖晶石的物化性质和甲醇制氢缓释催化性能的影响。结果表明，恒定Cu：Ni（molar ratio）=0.95：0.05，增加Al含量时（Al=2、3、4），所得催化剂的比表面积和孔体积都明显增大，且尖晶石晶胞常数和晶粒尺寸均减小，催化剂也变得难以还原。进一步研究发现，随着Al含量增加，尖晶石Ni²⁺含量略微增加，但尖晶石Cu²⁺含量大幅降低，因此，尖晶石结构中Cu²⁺和Ni²⁺的总量降低，表明Ni²⁺的存在抑制了Cu²⁺进入尖晶石结构。表面分析结果证实，Al含量增加导致催化剂表面由富Cu转变为富Al，表层尖晶石Cu²⁺含量降低，但仍高于体相含量。评价结果显示，随着Al含量增加，反应初始活性增大，CO选择性降低，但Al过量太多时催化稳定性降低，综合来说，Al=3的催化剂表现出较好的催化性能。结果表明，对于Cu-Ni-Al尖晶石缓释催化剂，存在最佳Al含量，对催化稳定性起到关键作用。     

Novel Fluorescent Chemosensors Based on Tryptophan Unit for Cu2+ and Fe3+ in Aqueous Solution

We reported four fluorescent chemosensors containing tryptophan units. The fluorescence spectrum titration experiments suggest that chemosensors 1, 2, 3 and 4 are highly selective for Cu²⁺ and Fe³⁺ over Li⁺, Na⁺, K⁺, Co²⁺, Zn²⁺, Ni²⁺, Hg²⁺ and Cr³⁺ via forming complexes with Cu²⁺ or Fe³⁺, which is confirmed by dramatical quench of fluoreseence in aqueous solution at pH 7.4, thus making all the chemosensors suitable for Cu²⁺ and Fe³⁺ fluorescent sensors.     

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。     

荧光素衍生物水杨醛荧光素腙的合成及对铜(Ⅱ)离子的检测

以荧光素酰肼与5-溴水杨醛反应合成了一种新型荧光素衍生物5-溴水杨醛荧光素腙(BSFH),采用红外、核磁、质谱、元素分析等技术手段对其进行了表征。 通过吸收光谱考察了在水溶液中BSFH对常见金属离子的选择性响应,发现BSFH在可见光区几乎无吸收,当加入常见金属离子时,吸收光谱上除了Cu²⁺之外的其它金属离子在496 nm处出现非常弱的吸收,而当Cu²⁺存在时,可以裸眼看到溶液颜色迅速从无色变为黄色,吸收光谱上在496 nm处出现了相对很强的吸收峰,并且随着Cu²⁺浓度的增加溶液的吸收强度不断增强,说明在水溶液中BSFH对Cu²⁺有很好的选择性。 实验结果表明,该化合物与Cu²⁺的化学计量比为1:1,Cu²⁺浓度线性范围为0.30~10 μmol/L,许多常见的金属离子不干扰Cu²⁺的测定,检测限为0.30 μmol/L,说明在水溶液中BSFH对铜离子具有很高的灵敏度。 据此,BSFH可以简单、快速、灵敏地在水溶液中识别和检测低浓度的铜离子。     

The effect of the amount of ammonia on the Cu~0/Cu~+ ratio of Cu/SiO_2 catalyst for the hydrogenation of dimethyl oxalate to ethylene glycol

The effect of the amount of precipitant ammonia on the Cu0/Cu＋ratio of Cu/Si O2 prepared by the deposition–precipitation method is investigated. Species at different preparation stages, resulted from the amount of ammonia used, are identified by the XRD and FTIR techniques. Chrysocolla together with either copper nitrate hydroxide or copper hydroxide coexist in the uncalcined catalysts. Upon calcination, the latter two species are converted to Cu O particles while chrysocolla remains. Following reduction, Cu O is transformed to metallic Cu and chrysocolla is converted to Cu2 O. The value of Cu0/Cu＋ratio can be evaluated using the peak areas in their TPR profiles. Hydrogenation of dimethyl oxalate（DMO） to ethylene glycol（EG） shows that the selectivity of EG depends on the Cu0/Cu＋ratio. Catalyst prepared with the addition of ammonia solution at n（NH3）/n（Cu2＋） = 0.9 for precipitation–deposition gains a more suitable Cu0/Cu＋ratio upon reduction and thus has a higher selectivity for EG.     

NH3-SCR反应过程中NH3和NOx在Cu/SAPO-34分子筛催化剂上的吸附特性和作用

通过离子交换法制得Cu/SAPO-34菱沸石分子筛催化剂, 同时研究了NH₃和NO_x (NO和NO₂)在该催化剂上的吸附位、吸附强度、吸附量和吸附速率, 得到了不同反应气氛在Cu/SAPO-34 上的吸附性能及其在NH₃选择性催化还原(NH₃-SCR)反应中的作用. 研究采用瞬态实验、程序升温脱附(TPD)和漫反射傅里叶变换红外光谱(DRIFTS)等方法进行表征实验. 瞬态实验结果表明NH₃是吸附性气体. 程序升温脱附实验和红外漫反射实验结果表明NH₃可以吸附在布朗斯特和路易斯酸性位上形成不同的NH₃物种, 它们显示不同的SCR活性. NH₃在Cu²⁺上的吸附速率最快, 且键强最强. NO_x可以氧化并以硝酸盐/亚硝酸盐的形式吸附在Cu物种上. 最后, 本文讨论了NH₃选择性催化还原反应过程中在Cu物种上的中间物种并推测反应机理.