磷钨杂多酸类离子液体催化环戊烯选择性氧化制备戊二醛

以H_2O_2为氧化剂,将一系列磷钨杂多酸类离子液体用于催化环戊烯(CPE)选择性氧化制备戊二醛(GA)反应,筛选出催化活性最高的催化剂为[π-C_5H_5NC_(16)H_(33)]_3PW_4O_(16).分别探讨了溶剂种类、用量、催化剂用量、H_2O_2用量、反应温度和反应时间等因素对反应的影响.确定了优化的反应条件:5 mL乙酸乙酯,n(Cat.)∶n(H_2O_2)∶n(CPE)=0.03∶50∶33,35℃,18 h,环戊烯的转化率达100%,戊二醛的选择性达87%.催化剂[π-C_5H_5NC_(16)H_(33)]_3PW_4O_(16)循环使用7次后,戊二醛的选择性仍保持在80%以上.     

聚合离子液体磷钨酸盐合成及催化模拟油氧化脱硫

合成了新型的聚合离子液体磷钨酸盐(聚1-丁基-3-乙烯基咪唑磷钨酸盐)(PBVIm PW),采用FT-IR、XRD和TG进行表征,通过CHN元素和ICP分析确定其结构。催化剂用于过氧化氢为氧化剂的模拟油品氧化脱硫反应。考察反应温度、氧硫比、催化剂用量等对脱硫率的影响。结果表明,当反应温度为50℃,n(H_2O_2)/n(S)为8,n(PBVIm PW(P))/n(BT)为0.4∶1.0,反应时间150 min时,苯并噻吩(BT)的转化率可以达到99.4%。催化剂可回收重复使用四次,催化活性无明显下降。     

2∶18磷钼杂多酸(盐)在H_2O_2分解反应中的催化作用

研究了2:18磷钼杂多酸(盐)(Dawson结构)对H_2O_2分解反应的催化行为。实验结果表明,H_6(P_2Mo_(18)O_(62))和1:12磷钼杂多酸H_3(PMo_(12)O_(40))相同,对H_2O_2分解无活性,而其盐类(Fe~(3+)、Cu~(2+))则有很好的催化活性,但对H_2O_2分解的动力学行为不同于1:12磷钼杂多酸盐,符合二级动力学反应关系式。这可能和这两种结构中抗衡阳离子所处环境不同有关。杂多酸阴离子中引入V,部份取代钼后所得实验结果与1:12磷钼钒杂多酸完全相同,表明引入的钒离子在两种结构中不仅有相同的环境而且是催化剂的活性种。     

双阳离子钒掺杂杂多酸离子杂化体催化的2,3-吡啶二羧酸的合成研究

以磺酸基官能化线性结构季铵有机离子、二价铜离子与Dawson构型钒掺杂杂多酸H_7[P_2Mo_(17)VO_(62)]、H_8[P_2Mo_(16)V_2O_(62)]、H_9[P_2Mo_(15)V_3O_(62)]为合成子,在水相中经分子自组装,构建了系列以杂多酸阴离子为内核的类核壳结构离子杂化体IH-1～11,离子杂化体同时具有Br?nsted和Lewis酸性及氧化催化活性。离子杂化体为非均相催化剂、工业级氯酸钠为氧化剂,水为反应溶剂,实现了8-羟基喹啉一步氧化为2,3-吡啶二羧酸,当n(杂多酸离子杂化体(IH-10)∶n(8-羟基喹啉)∶n(氯酸钠)=0.002 5∶1∶3.0时,回流反应10h,2,3-吡啶二羧酸产率92%,熔点187℃。杂化体经简单的过滤分离后即可循环使用,循环使用5次催化活性基本保持不变。     

磷钼钒杂多酸在苯直接羟化反应中的催化作用—H2O2活化机理的探讨

磷铝钒杂多酸(H_(3+n)PMo_(12-n)V_nO_(40))+H_2O_2体系在苯直接羟化反应中的催化行为和众所周知的Fenton试剂(Fe~(++)+H_2O_2)完全不同。酚是羟化的唯一产物; H_2O_2分解动力学曲线呈“S”型。电子光谱数据表明, H_2O_2分解过程形成两种中间络合物。以此为依据, 提出了磷钼钒杂多酸对H_2O_2活化和苯羟化的反应机理, 认为杂多酸阴离子上的钒离子先和H_2O_2形成过渡的金属过酸型络合物, 然后再按自催化机理转化成金属过氧络合物, 后者在反应中起活化H_2O_2和羟化苯的活性种作用。按此反应机理所得的动力学公式可以对实验结果作出比较合理的解释。     

磷钼钒杂多酸在苯直接羟化反应中的催化作用—H_2O_2活化机理的探讨

磷铝钒杂多酸(H_(3+n)PMo_(12-n)V_nO_(40))+H_2O_2体系在苯直接羟化反应中的催化行为和众所周知的Fenton试剂(Fe~(++)+H_2O_2)完全不同。酚是羟化的唯一产物;H_2O_2分解动力学曲线呈“S”型。电子光谱数据表明,H_2O_2分解过程形成两种中间络合物。以此为依据,提出了磷钼钒杂多酸对H_2O_2活化和苯羟化的反应机理,认为杂多酸阴离子上的钒离子先和H_2O_2形成过渡的金属过酸型络合物,然后再按自催化机理转化成金属过氧络合物,后者在反应中起活化H_2O_2和羟化苯的活性种作用。按此反应机理所得的动力学公式可以对实验结果作出比较合理的解释。     

钛钨改性HMS的合成及催化氧化苯甲醇合成苯甲醛

通过改变硅钛摩尔比和硅钨摩尔比合成了Ti-HMS和Ti/W-HMS型分子筛,并进行了NH3-TPD测试分析. 结果表明,当n(Si)∶ n(Ti)=30∶ 1、n(Si)∶ n(W)=400∶ 1时,分子筛的酸量最大. 利用上述不同HMS为催化剂,ω(H2O2)=30%的H2O2水溶液为氧化剂,在无有机溶剂及相转移催化剂条件下,氧化苯甲醇制备苯甲醛. 结果表明,Ti/W-HMS可选择性氧化苯甲醇制备苯甲醛;催化剂的酸量和酸强度越大,越有利于提高催化活性和选择性. 利用Ti(30)/W(400)-HMS为催化剂,当n(醇)∶ n(H2O2)=1∶ 2、ω(催化剂)=4%、反应时间为5 h时,苯甲醇的转化率和苯甲醛的选择性分别为72.6%、96.9%. 催化剂重复使用4次后,苯甲醇的转化率和苯甲醛的选择性分别为63.2%、89.1%.     

反应控制相转移催化合成环氧大豆油

以磷钨杂多酸盐作为反应控制相转移催化剂,1,2-二氯乙烷为溶剂,30%H2O2为氧源,研究了中性条件下大豆油的环氧化反应,并考察了各反应条件对环氧化反应的影响。结果表明,在催化剂质量分数为3%,n(H2O2)∶n(双键)=1.2∶1,m(溶剂)/m(大豆油)=3.2,反应温度70℃,反应时间4h时,生成环氧大豆油中的碘值小于0.04g(I)/g,环氧值大于6%,催化剂循环使用5次后不降低催化活性。整个反应过程中,催化剂显示出良好的反应控制相转移催化性能。     

MCM-41负载Dawson型磷钨酸的制备及其对乙酸与正丁醇酯化反应的催化性能研究

以MCM-41为载体,H_6P_2W_(18)O_(62)为活性组分,通过浸渍法制备出负载型催化剂40%H_6P_2W_(18)O_(62)/MCM-41,对催化剂进行FT-IR、XRD、SEM、EDX、NH3-TPD和TG表征。XRD、SEM测试结果表明H_6P_2W_(18)O_(62)均匀地负载MCM-41载体上,FT-IR、EDX测试表明负载后H_6P_2W_(18)O_(62)仍保持Dawson结构不变,NH3-TPD、TG结果表明负载后催化剂出现弱酸中心,同时强酸中心酸强度和酸量均增多,催化剂热稳定性显著提高。以40%H_6P_2W_(18)O_(62)/MCM-41为催化剂,催化乙酸和正丁醇合成乙酸正丁酯。考察了催化剂用量、醇酸摩尔比、反应时间和反应温度对酯化率的影响。结果表明:40%H_6P_2W_(18)O_(62)/MCM-41在催化合成乙酸正丁酯反应中表现出优异的催化活性,最优条件为:n(正丁醇)∶n(乙酸)=2.0∶1.0,w(40%H_6P_2W_(18)O_(62)/MCM-41)=3.7%(基于反应物质量),反应温度125℃,反应时间3.0 h。在此条件下乙酸正丁酯的收率达到了97.5%,催化剂重复使用5次时,酯化率仍可保持为72.1%。     

酸功能化-温控型三元杂多酸离子液体的合成、表征及其酯催化性能

采用酸化-乙醚萃取法制备了不同钒取代数目的 Keggin结构的磷钨钒杂多酸,并进一步通过离子交换法合成了磺酸功能化的杂多酸离子液体催化剂,采用核磁、元素分析、红外、紫外、X射线衍射、热重-差示扫描、电位滴定等分析手段对所得样品进行了表征,考察了所得样品对氯乙酸和正戊醇的酯化反应性能和重复使用性能。结果表明,所制备的杂多酸离子液体是一种具有温度响应特性的无定型结构化合物,仍保留Keggin结构和较高的酸强度,该催化剂在反应温度下与反应物形成一相,而反应结束温度降低后,催化剂和产物又形成两相,通过简单的倾倒法就可以快速分离催化剂和反应产物。与杂多酸以及未磺酸化的杂多酸离子液体相比,磺酸功能化的杂多酸离子液体具有更高的酯催化活性。在优化的反应条件下,[PyPS]4PW11VO40(PyPS为1-(3-磺酸基)丙基吡啶)对氯乙酸的转化率可达到97.6%,重复使用4次后转化率为91.9%,而催化剂的结构未有明显变化。     

SiO_2负载磷钨钒杂多酸杂化材料的制备及其氧化脱硫性能的研究

利用磷酸氢二钠、偏钒酸纳和钨酸钠为原料,合成了具有Keggin结构的磷钨钒杂多化合物(H5PW10V2O40),并与1-丁基-3-甲基咪唑溴(BmimBr)离子液体反应生成一种杂多酸杂化材料([Bmim]5PW10V2O40)。利用红外光谱(FT-IR)、X射线衍射光谱(XRD)和紫外可见光谱(UV-vis)对所合成的杂多酸杂化材料进行表征。结果表明,[Bmim]5PW10V2O40具有咪唑阳离子基团和Keggin型杂多阴离子基团的结构特征,并且两种基团之间存在相互作用。以SiO_2为载体制备负载型的杂多酸杂化材料催化剂[Bmim]5PW10V2O40/SiO_2,以H2O_2作为氧化剂,考察该催化剂对模拟油中DBT的氧化性能,并优化氧化反应条件,在反应温度40℃,O/S物质的量比为3.0的条件下,反应50min,模拟油品中的DBT的转化率可以达到100%。催化剂可以通过离心法分离,经过干燥之后,可以循环使用至少七次,而对DBT的氧化活性没有降低。     

A spectroscopic study on the reaction-controlled phase transfer catalyst in the epoxidation of cyclohexene

The epoxidation of cyclohexene with hydrogen peroxide in a biphase medium (H₂O/CHCl₃) was carried out with the reaction-controlled phase transfer catalyst composed of quaternary ammonium heteropolyoxotungstates [π-C₅H₅N(CH₂)₁₅CH₃]₃[PW₄O₁₆]. A conversion of about 90% and a selectivity of over 90% were obtained for epoxidation of cyclohexene on the catalyst. The fresh catalyst, the catalyst under reaction conditions and the used catalysts were characterized by FT-IR, Raman and ³¹P NMR spectroscopy. It appears that the insoluble catalyst could degrade into smaller species, [(PO₄){WO(O₂)₂}₄]³⁻, [(PO₄){WO(O₂)₂}₂{WO(O₂)₂(H₂O)}]³⁻, and [(PO₃(OH)){WO(O₂)₂}₂]²⁻ after the reaction with hydrogen peroxide and becomes soluble in the CHCl₃ solvent. The active oxygen in the [W₂O₂(O₂)₄] structure unit of these soluble species reacts with olefins to form the epoxides and consequently the corresponding W---Ob---W (corner-sharing) and W---Oc---W (edge-sharing) bonds are formed. The peroxo group [W₂O₂(O₂)₄] can be regenerated when the W---Ob---W and W---Oc---W bonds react with hydrogen peroxide again. These soluble species lose active oxygen and then polymerize into larger compounds with the W---Ob---W and W---Oc---W bonds and then precipitate from the reaction solution after the hydrogen peroxide is consumed up. Part of the used catalyst seems to form more stable compounds with Keggin structure under the reaction conditions.     

氨基酸功能化磷钨酸盐的制备及其催化氧化脱硫性能

以L-丙氨酸和磷钨酸为原料,合成氨基酸功能化磷钨杂多酸盐([Ala]3PW),并采用XRD、FT-IR对其结构进行表征。以[Ala]3PW为催化剂,过氧化氢作为氧化剂,甲基咪唑四氟硼酸盐([HMIM]BF4)为萃取剂氧化萃取一体法脱除模拟油中的二苯并噻吩(DBT)。考察了反应温度、催化剂加入量、O/S物质的量比、萃取剂加入量、硫化物类型等因素对脱硫效率的影响。结果表明,在模拟油为10mL、[Ala]3PW=0.04g、O和S的物质的量比为6、V([HMIM]BF4)/V(oil)=0.6、反应温度50℃、反应时间180min的条件下,DBT的转化率可达到98.2%。催化剂循环使用4次活性没有明显的降低。     

可见光下高催化活性不同结构Sr/TiO2催化剂的制备和表征

采用分步沉积法制备不同Sr/Ti 摩尔比例的Sr/TiO₂催化剂, 以X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、傅里叶变换红外(FT-IR) 光谱、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis RDS)等手段对样品进行了表征, 以可见光催化降解亚甲基蓝为模型反应考察样品光催化活性. 结果表明, 催化剂的活性和结构随Sr/Ti 摩尔比(n(Sr)/n(Ti))的变化而变化, 当n(Sr)/n(Ti)≤3/2 时, 催化剂呈由TiO₂和SrTiO₃组成的球状结构; 而当n(Sr)/n(Ti)在3/2 与4/1 之间时, 催化剂呈片状结构, 且随着n(Sr)/n(Ti)增大, 催化剂组成由SrTiO₃ 和Sr₂₄ 变为Sr₂₄和Sr(OH)₂·H₂O; 当n(Sr)/n(Ti)=9/1 时, 催化剂呈以Sr(OH)₂·H₂O为主的针状结构. 其中, n(Sr)/n(Ti)=4/1的样品表现出最高的光催化活性, 一级反应速率为SrTiO₃钙钛矿催化剂的5.0倍, 商用P25的86.7倍.     

Assembly of Three Scandium-containing Heteropolytungstates Based on a Building-block Synthetic Strategy

Three novel scandium-containing heteropolytungstates[Sc₃(H₂O)₃NO₃(PW₉O₃₄)₂]^10-(1a),[Sc₈(H₂O)₂(GeW₉O₃₄)₂(GeW₆O₂₆)₂]^12-(2a) and[Sc₁₁(W₆O₁₀)₂(OH)₂(H₂O)₁₆(BiW₉O₃₃)₆]^27-(3a) were synthesized by reactions of Sc^III ions with trilacunary Keggin precursors,[A-α-XW₉O₃₄]^n-(X=P, Ge, n=9, 10) or[B-α-BiW₉O₃₃]^9-, in NaOAc/HOAc buffer solution under conventional synthetic condition, respectively. All the three compounds were characterized by means of single-crystal X-ray diffraction(XRD), Fourier transform-infrared(FTIR) spectroscopy ultraviolet-visible(UV-Vis) spectroscopy, elemental analysis, and thermogravimetric analysis. The aqueous solution stability of the sandwich polyanion[Sc₃(H₂O)₃NO₃(PW₉O₃₄)₂]^10- was also verified by electrospray ionization mass spectrometry(ESI-MS) due to its good solubility in water.     

核-壳结构多酸/磁性铈铁纳米复合氧化物@SiO2吸附-氧化脱硫性能

水热法合成了铈铁纳米复合氧化物,采用化学沉积法在其表面包裹SiO₂制备核-壳结构磁性材料,以其为载体负载H₂O₂结合Keggin结构磷钼酸(HPMo)制备了HPMo-H₂O₂/CeFe_xO_y@SiO₂吸附-氧化脱硫催化剂。 采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、X射线粉末衍射(XRD)、氮气吸附脱附(BET)、³¹P魔角核磁共振(MAS-NMR)和X射线光电子能谱(XPS)等对催化剂的结构进行表征。 结果表明,SiO₂将CeFe_xO_y包裹形成核-壳结构纳米复合材料,以其为载体负载HPMo-H₂O₂后Keggin型多酸的骨架结构保持,并产生少量过氧化磷钼酸盐活性物种。 不同催化剂对有机硫化物二苯并噻吩(DBT)的吸附脱硫和氧化脱硫性能,均呈现出HPMo-H₂O₂/CeFe_xO_y@SiO₂＞CeFe_xO_y@SiO₂＞CeFe_xO_y的活性顺序,多酸的引入大大提升了其对大分子有机硫化物的吸附和氧化脱除性能,催化氧化脱硫活性的提高源于多酸分子“假液相”反应过程的结果。 在反应温度60 ℃,反应3 h,m(油)∶m(催化剂)=35∶1,n(O)∶n(S)=10∶1的条件下,对DBT氧化脱除率达到99.4%。 制备的磁性核-壳结构氧化脱硫剂有理想的氧化脱除DBT的循环使用性能,并且可通过外加磁场进行简单分离,是一类制备方法简单、催化活性高且稳定性好的绿色环保型催化剂。     

助剂MgO、CaO对甲烷水蒸气重整Ni/γ-Al2O3催化性能的影响

采用固定床装置,考察了以共浸方式引入的助剂MgO、CaO对Ni/γ-Al₂O₃催化剂在甲烷水蒸气催化重整中的催化反应性能的影响。结果表明,在H₂O/CH₄/N₂的摩尔比为2.86/1/3.28,GHSV为1800h^－1,反应温度为700℃下,催化剂Ni-CaO/Al₂O₃催化性能最好;反应初期甲烷转化率可达到96.95%、CO选择性可达68.93%、H₂收率可达73.58%。XRD和H₂-TPR结果表明,CaO的存在使催化剂中的活性NiO组分增多,还原性和分散性能较好。利用热分析技术对积炭进行考察发现反应10h后的Ni-CaO/Al₂O₃催化剂上并未出现导致催化剂失活的炭物种。     

杂多三金属磷酸盐的合成与表征

早期合成的Keggin结构杂多酸均是同种齿顶原子,后来人们合成了一系列含两种齿顶原子的三元杂多酸~[1,2],我们曾制备了含3种齿顶原子的四元杂多酸~[3,4].随着齿顶原子种类的增多,杂多酸在水溶液中的稳定性降低.本文采用空缺杂多酸阴离子逐步与不同齿顶原子结合,最后用溶解度极小的(C_1H_9)_4N~+盐沉淀方法合成了未见报道的磷的四元杂多酸盐.     

Structural Characterizations of Spherical Octadecavanadates Encapsulating Na+, K+ or I- and Ellipsoidal Octadecamolybdate Encapsulating two Anions of SO42-

Polyoxoanions of tungsten, molybdenum, and vanadium have been the subject of interest since their wide variety of compositions, structures, and properties give rise to numerous important applications^[1]. From the NH₄VO₃/Na₂S_x (or (NH₄)₂S_x) reaction system we synthesized several spherical octadecavanadates with Na⁺,K⁺, NH₄⁺ or I encapsulated using hydrothermal method. These complexes include (NH₄)₁₁[V₁₈O₄₂(Na)]·(H₂O)₂₀ 1; (NH₄)₁₁[V₁₈O₄₂(K)]·(H₂O)₆, 2; (NH₄)₁₀(Na)[V₁₈O₄₂(Na)]·(H₂O)₂₆, 3; (NH₄)₁₁[V₁₈O₄₂(NH4]·(H₂O)₂₀, 4; and (NH₄)₂₀(I)₇[V₁₈O₄₂(I)]·(H₂O)₁₂, 5, in which the structures of 1, 2, 3, and 5 have been determined by X-ray analyses. In the analogous reaction system of (NH₄)₂MoS₄/(NH₄)₂S_x, we also obtained one ellipsoidal octadecamolybdate, (NH₄)₄[Mo₁₈O₅₄(2SO₄)]·(H₂O)₄, 6 with a standard Wells-Dawson structure^[2]. The Ortep drawings of the two kinds of structures are viewed as follows.