表征固体超强酸性的新方法--正丁烷异构化反应的原位13C MAS NMR谱

室温下SO2 -4/ZrO2 催化剂 (SZ)上13 C标记的正丁烷异构化反应的原位13 CMASNMR谱研究结果表明 :其反应动力学符合Langmuir Hinshelwood一级可逆表面反应动力学公式 ,由该动力学公式计算得到的反应速率常数可以用于衡量固体催化剂的表面超强酸性 .这种新的表征方法显示采用一步 -醇热 -超临界干燥综合技术合成的SZ催化剂不仅比表面和硫酸根含量高 ,而且其超强酸性和异构化反应活性均明显优于常规法合成的催化剂 ,具有良好的应用前景 .     

丝光沸石负载SO~4^2^-/ZrO~2超强酸的研究

制备了一系列丝光沸石(HM)负载SO~4^2^-/ZrO~2(SZ)超强酸催化剂,并研究了它们比表面、孔容、硫含量及超强酸性的变化规律。结果发现,HM在负载SZ后超强酸性显著提高,可以在35℃条件下催化正丁烷异构化反应。吡啶吸附红外结果表明,适量负载SZ可增加HM的Lewis酸量和总酸量,从而使甲苯岐化和邻二甲苯异构化反应等酸催化反应活性显著提高。XRD结果证实,在HM上负载适量SZ不会破坏HM的结构,但负载量过大(>60%,质量分数)则会引起沸石结构的塌毁。     

用常温正丁烷异构化反应表征固体超强酸性

研究了室温下固体超强酸催化剂上正丁烷反应，发现转化率低于50％时，异构化选择性高于95％，正丁烷异构化反应动力学符合一级可逆反应规律，固体超强酸的酸强度与正丁烷异构化反应转化率和速率常数呈顺变关系，与反应表现活化能呈逆变关系．报出了一种新的表征固体超强酸性的实验方法．     

SO2-4/ZrO2的相结构和超强酸性及其对丁烷异构化反应的催化活性

通过沉淀、回流和掺杂等方法制备了ZrO2呈四方相及单斜相的SO2-4/ZrO2(SZ),并用XRD,TEM,低温N2-BET和吡啶吸附IR等技术定量地测定和探讨了SZ的结构特征和表面超强酸性及其对丁烷异构化反应的催化活性. 结果表明,ZrO2呈单斜相结构的SZ表面Brnsted(B)酸与Lewis(L)酸的浓度比[B]/[L]较ZrO2以四方相为主的SZ高约40%,但其对丁烷异构化反应的比催化活性则较后者低约31%;由掺Mg2+所制备的ZrO2呈四方相的SMZ具有与ZrO2呈纯单斜相的SZ非常接近的[B]/[L]比,且表现出比未掺Mg2+的ZrO2以四方相为主的SZ更高的比催化活性. 从催化剂晶相结构对表面B酸浓度及强度影响的角度进行了讨论.     

硫酸化氧化锆固体超强酸

硫酸化氧化锆(SZ)是一种固体超强酸催化剂,它能高效催化异构化、烷化、酰化、环化、裂解、酯化和酯交换等多种类型的催化反应。1979年,日本科学家Hino和Arata发现SZ能在室温催化丁烷异构化反应,首次提出了SZ是一种酸性比100%浓硫酸还强一万倍的固体超强酸,从而引起了科学家们对SZ研究的浓厚兴趣。经过了三十多年发展,研究者们在SZ的合成、改性、表征和应用等方面取得了许多新的研究成果。本文综述了SZ几十年来的研究进展,内容主要包括SZ的合成方法,表面结构和酸性机理,研究者们对SZ性质的不同看法,SZ的改性及应用。     

SO4^2—／ZrO2的相结构和超强酸性及其对丁烷异构化反应的催化活性

通过沉淀、回流和掺杂等方法制备了ZrO2呈四方相及单斜相的SO4^2-／ZrO2（SZ），并用XRD，TEM，低温N2－BET和吡啶吸附IR等技术定量测量地测定和探讨了SZ的结构特征和表面超强酸性及其对丁烷异构化反应的催化活性，结果表明，ZrO2呈单斜相结构的SZ表面Broensted（B）酸与Lewis（L）酸的浓度比[B]/[L]较ZrO2以四方相为主的SZ高约40％，但其对丁烷异构化反应的比催化活性则较后者低约31％，由掺Mg^2 所制备的ZrO2呈四方相的SMZ具有与ZrO2呈纯单斜相的SZ非常接近的[B]/[L]比，且表现出比末掺Mg^2 的ZrO2以四方相为主的SZ更高的比催化活性，从催化剂晶结构对表面B酸浓度及强度影响的角度进行了讨论。     

低碳烷烃催化反应机理的固体核磁共振研究

结合实验研究,介绍了13C原位固体核磁共振技术及其在催化反应机理研究中的应用,主要工作包括温和条件下丙烷在镓改性H-ZSM-5上的活化研究,SO2-4/ZrO2、CsxH3-xPW12O40和H-MOR催化剂上正丁烷的异构化反应机理研究,以及利用原位13C MAS NMR测定催化剂超强酸性.     

扩展示踪动力学方法的应用：Bi-Mo和铁系尖晶石催化剂上丁烯异构化和氧化脱氢反应动力学性能的比较

以~(14)C标记正丁烯为示踪化合物,用扩展示踪动力学方法解析了在Bi-Mo和铁系尖晶石催化剂上丁烯氧化脱氢全图谱的动力学和反应机理,结果表明,在Bi-Mo催化剂上选择氧化反应速度的顺序为丁烯-1大于丁烯-2,异构化的速度小于选择氧化反应的速度,燃烧反应的速度的顺序也是丁烯-1大于丁烯-2。在铁系尖晶石催化剂上,三种丁烯异构体的选择氧化的速度常数极相近,但顺丁烯略快;它们的异构化速度都明显较小,其中几何异构化的速度大于双键异构化的速度;其燃烧反应速度的次序为丁烯-2>丁二烯>丁烯-1。讨论了工业丁烯氧化脱氢装置中丁烯原料组成的影响,异构化的机理和氧化反应的可能速度控制步骤。     

正戊烷异构化反应表征固体超强酸性

详细研究了低温下固体酸催化剂上的正戊烷反应，发现在ＳＯ４＾２－／ＭｘＯｙ型固体超强酸，ＨＭ和ＨＺＳＭ－５沸石表面上正戊烷反应以异构化为主，其反应动力学符合一级可逆反应规律，催化剂的酸强度与正戊烷异构化反应速率常数呈顺变关系，由此提出了一种适合于－１６＜Ｈ０＜－１２的固体酸强度测定方法，解决了该区域内有色样品或高温易分解样品在酸性测量上的难题。     

~(13)C NMR法研究环氧戊烯醛的热异构化

本文利用~(13)C NMR方法研究顺式环氧戊烯醛(1)的热异构化。测定了1在受热前后的~(13)CNMR谱,标识了它和它的热异构化产物的~(13)C NMR谱线;通过对异构化过程的动力学考察,表明1的热转化遵从一级反应规律,分别求出了80,100,120和140℃下的反应速度常数,并估算了活化能;同时也监测了异构化产物的变化过程。     

A Novel Way to Prepare γ-Al2O3 Supported SO42-/ZrO2 Solid Superacid Catalysts for n-Butane Isomerization

Highly active solid superacid catalysts for n-butane isomerization, SZ/Al2O3-P, were prepared by supporting SO42-/ZrO2 (SZ) on γ-Al2O3 carrier using a precipitation method.The activities of some catalysts were enhanced significantly.The activity of the most active sample, 60%SZ/Al2O3-P, was even about 2 times more active than that of the SZ catalyst.     

A Novel Way to Prepareγ-A1_2O_3 Supported SO_4~(2-)/ZrO_2 Solid Superacid Catalysts for n-Butane Isomerization

The isomerization of n-butane to isobutane, which is a valuable precursor for theproduction of MTBE and alkylated gasoline, on strong acid catalysts is an importantprocess in refining industry. Solid superacid, especially sulfated zirconia, has highcatalytic activity in n-butane isomerization at comparatively low temperatures andtherefore has attracted more attention of researchers in the past twenty years.' However,from the view point of practice, the activity of SZ needs to be improved fur…     

Au/HZSM-5沸石催化剂的正丁烷异构化反应性能的研究

采用脉冲微反装置评价了纯正丁烷、含有不同比例异丁烷的混合丁烷在Au改性的纳米HZSM-5催化剂上的反应活性和异构化选择性。结果表明,在300℃时,载金量为1.31%的催化剂上纯正丁烷原料的转化率可达7.0%,异丁烷选择性可达80%以上。相比之下,在纳米HZSM-5载体上正丁烷的转化率只有0.55%,异丁烷选择性仅为11.67%。在Au负载量为0.12%~1.91%,随着Au负载量的增加,正丁烷转化率先增后减,异丁烷选择性在低负载量时增加明显。在反应温度低于400℃时,纯正丁烷在载金催化剂上主要发生异构化反应;高于400℃时,主要发生裂解和芳构化等反应,即400℃是正丁烷在脉冲微反条件下异构化和裂解等反应的分水岭。另外,混合丁烷的组成对正丁烷异构化反应有一定影响,但在适当温度下正丁烷异构化时裂解产物很少,表现出金属-酸双功能催化特征。Au⁺在反应中发挥了脱氢和加氢作用。     

S~2O~8^2^-处理的ZrO~2固体超强酸上的正丁烷异构化反应

首次报道了由浸渍过硫酸根的方式制备固体超强酸。讨论了焙烧温度、浸渍浓度以及ZrO~2前驱体沉淀条件对样品性质的影响,并研究了它们对正丁烷异构化反应性能。实验结果表明,600-650℃焙烧、0.25-0.50mol/LS~2O~8^2^-浸渍反加沉淀的ZrO~2具有最高超强酸性。与相同条件下制备的SO~4^2^-/ZrO~2相比,S~2O~8^2^-/ZrO~2上正丁烷250℃异构化活性是SO~4^2^-/ZrO~2的2倍,可能是由于它具有较多的中强酸位并具有与SO~4^2^-/ZrO~2不同的活性位结构。     

SO42-/ZrO2-Al2O3催化剂表面酸性质对正丁烷异构化反应性能的影响研究

采用“沉淀-浸渍”法制备一系列不同硫酸负载量的SO₄^2-/ZrO₂-Al₂O₃催化剂,利用N₂吸附-脱附、Py-FTIR、XRD等手段对催化剂进行表征。在常压、200 ℃、H₂：C₄=2：3和质量空速为3 h^-1的反应条件下,在固定床微型反应评价装置上考察了硫酸负载量对SO₄^2-/ZrO₂-Al₂O₃催化正丁烷异构化反应性能的影响。Py-FTIR结果表明,硫酸化处理为催化剂表面提供了丰富的Brønsted酸性位,其中,强Brønsted酸性位在正丁烷异构化反应中起重要作用,因此,硫酸化处理可显著提高正丁烷异构化活性,而Lewis酸性位与之没有直接关系。     

Effect of Mn and Fe on the reactivity of sulfated zirconia toward H2 and n-butane: a diffuse reflectance IR spectroscopic investigation

Sulfated zirconia (SZ) and sulfated zirconia promoted with 2 wt % manganese (MnSZ) or iron (FeSZ), all active in n-butane isomerization, were investigated using diffuse reflectance Fourier transform IR spectroscopy (DRIFTS). By adsorption of H(2) at 77 K or of n-butane at room temperature, it was found that the promoters neither enhance the Lewis nor the Br?nsted acid strength. SZ and promoted SZ do not exhibit higher acid strength than zeolites. In a batch experiment using 70 hPa of H(2), SZ did not react at 473 K. Reaction of H(2) with MnSZ produced water (band at 5242 cm(-1)) and a decrease in the sulfate groups (multiple bands). Heating of SZ in 10 hPa n-butane to 573 K caused total reduction of sulfate to H(2)S (2583, 2570 cm(-1)) and partial and total oxidation of butane to olefinic species (3062 cm(-1)), CO(2), and water. MnSZ and FeSZ reacted with n-butane already at 373 K; products of skeletal isomerization (methyne CH vibration at 2910 cm(-1)) were detected and sulfate groups were consumed. Rather than increasing the acidity, the promoters enhance the oxidation potential of sulfate and facilitate alkane activation via oxidative dehydrogenation.