V-Mo-O催化剂的制备及催化甲苯合成苯甲醛的研究

甲苯低温液相催化氧化制备苯甲醛是最具有竞争力的苯甲醛绿色合成路线.我们研究了溶胶凝胶法制备的V-Mo-O催化剂在液相低温条件下选择性氧化甲苯制备苯甲醛的性能.结果显示,钒钼摩尔比和焙烧温度是影响催化剂的主要因素,当钒钼的摩尔比为6∶7,焙烧温度为500℃时,催化剂表现出最佳性能.物性表征显示,该条件下合成催化剂V-Mo-O晶体呈棒状结构,直径约700 nm,长度约6μm.体相主要以Mo6V9O40和MoO3相态存在.X光电子能谱表征显示,MoO3物种分散于结晶体外表面,这种不同氧化态钼物种的分层组装可能有助于氧物种的传递,有利于提高其催化性能.催化剂在80℃温度下,以双氧水为氧化剂,冰乙酸为溶剂,反应30 min,甲苯的转化率达到38.9%,苯甲醛的选择性为69.7%.     

超细Fe-V-O催化剂上甲苯液相氧化制苯甲醛

分别采用共沉淀法,凝胶自燃烧法和水热法制备了Fe-V-O复合氧化物催化剂用于催化过氧化氢液相氧化甲苯制苯甲醛反应中,并采用N2等温吸附-脱附法,粉末X射线衍射,红外光谱,扫描电子显微镜,能量弥散X射线光谱和H2程序升温还原等方法对催化剂性质进行了表征.结果表明,制备方法显著影响催化剂的结构,比表面积,形貌,表面元素组成和还原性.Fe-V-O催化剂颗粒的超细化调变了其比表面积和还原性,从而改善了催化剂上甲苯液相氧化制苯甲醛反应性能.其中水热法制备的超细Fe-V-O催化剂具有最高的苯甲醛收率和较好的重复使用性能.这主要归因于该催化剂颗粒尺寸小,比表面积大,以及表面较多的活性钒氧物种和适宜的还原性.     

新型高性能Cu/HMS催化剂的合成及其在草酸二甲酯催化加氢合成 乙二醇反应中的应用

采用原位合成法合成了介孔Cu/HMS催化剂, 并以草酸二甲酯催化加氢合成乙二醇为探针反应考察了不同焙烧温度对反应催化性能的影响, 结果表明焙烧温度为650 ℃时合成的催化剂在该反应中表现出最佳的催化性能. 在反应温度为200 ℃、压力为3 MPa、氢酯比为50、液时空速为0.74 h－1的条件下, 草酸二甲酯的转化率达到100%, 并且乙二醇的选择性达到97%. 采用X射线粉末衍射、N2低温吸附、H2-TPR、N2O滴定、X射线光电子能谱及傅利叶变换红外光谱对系列催化剂进行了系统表征, 阐述了焙烧温度对催化性能影响的本质原因. 研究表明焙烧温度能够影响活性铜物种的分散度和铜物种与载体间的相互作用, 从而影响草酸二甲酯催化加氢的催化性能.     

钒基催化剂在双氧水存在下对甲、乙苯液相选择氧化的研究

研究了若干钒基催化剂在双氧水存在下对甲、乙苯的液相选择性氧化催化性能.结果表明:在乙腈为溶剂的反应体系中,所研究的钒基催化剂包括VPO,VOPO₄,V₂O₅,VO(acac)₂和NH₄VO₃等均表现出以苯甲醛为甲苯选择性氧化主产物和以苯乙酮为乙苯选择氧化主产物的反应结果;从反应活性和主产物选择性来看,按以下顺序递减:VPO＞V₂O₅＞VOPO₄＞VO(acac)₂＞NH₄VO₃.对于具有(VO)₂P₂O₇晶相的VPO催化剂,在双氧水存在下对甲苯选择性氧化主产物苯甲醛的最高选择性为58.8%,乙苯选择性氧化主产物苯乙酮的最高选择性为67.8%;其催化性能与P/V比、焙烧条件、双氧水的使用量、反应溶剂等有关.从已有的实验结果推测,钒基催化剂在双氧水存在下的甲、乙苯选择氧化反应与V⁵⁺/V⁴⁺的"氧化-还原"作用密切相关.     

溶胶-凝胶法制备Fe2(MoO4)3超微粒子催化剂

以硝酸铁和钼酸铵为原料，采用溶胶－凝胶法和微波加热技术制备了F 2(MoO4)3超微子催化剂，使用DTA－TG，IR，XRD以及BET比表面测试等手段，考察了制备条件对复合氧化物超微粒子形成、晶相和比表面积的影响。同时测试了该样品对甲苯选择性氧化制苯甲醛的催化性能。结果表明：制备Fe2(MoO4)2超微粒子的适宜条件为：初始溶液pH=1.0,mol柠檬酸：mol(铁＋钼）＝0．4。在此条件下制得的干凝胶，经微波加热处理后粒子的比表面积为36.4m^2/g，粒径约为35nm。在由甲苯气相选择氧化制苯甲醛的反应中表现出较高的催化活性。     

钼酸铁超微粒子的制备及其选择性氧化正丁醇的研究

以Fe(NO3)3·9H2O和(NH4)6Mo7O24·4H2O为原料,采用溶胶-凝胶法于不同条件下制备Fe2(MoO4)3超微粒子催化剂,并研究了这些催化剂对正丁醇选择性氧化制备正丁醛的催化性能,从而找出Fe2(MoO4)3超微粒子催化剂选择性氧化正丁醇的最佳实验条件。结果表明,制备Fe2(MoO4)3超微粒子的适宜条件为:溶液初始pH=1.0,以EDTA为螯合剂,EDTA/(铁+钼)摩尔比为0.4时制得的催化剂对正丁醇的选择性氧化性能最好,此时正丁醛的产率可达39.3%。     

Au/MBFCN多组分复合型催化剂用于低温催化氧化丙烯制丙烯醛

钼铋系催化剂在丙烯氧化制丙烯醛反应中具有独特优势,但对反应温度、水汽配比的要求均较高。金催化剂的低温催化性能优异且对产物选择性高,我们结合二者的优势,通过调变载体制备过程中沉淀终止时的pH得到了一系列多组分复合氧化物担载金催化剂（Au/MBFCN）。反应结果显示,pH=4、载金量为0.5wt%时得到的催化剂Au/MBFCN-4性能较优,在水汽配比5vol%、反应温度300 ℃下,丙烯转化率可达22.9%,丙烯醛选择性为91.2%。用HRTEM、XRD、Raman和XPS等对催化剂进行表征,发现pH较低时得到的催化剂中MoO3、Bi2Mo3O12、Fe2(MoO4)3等活性晶相的含量较多,是Au/MBFCN-4低温催化性能优异的主要原因。     

十六烷基膦酸配合的复合氧化物纳米催化剂稳定的O/W乳液中甲苯单一氧化为苯甲醛（英文）

苯甲醛是一种用途广泛的重要化学品,通过O2氧化甲苯制取苯甲醛是最佳生产途径,也是近几十年来工业界迫切需要的反应之一.虽然该反应在苄基上结合一个氧再脱除两个氢即可,对该反应的多相催化过程也已经研究了几十年,但其性能仍远远低于工业要求.当前的工业过程主要有甲苯氯化水解法和甲苯均相氧化法两种,但都存在严重的环境污染和腐蚀问题,且产品中含有少量卤素,阻碍了其在诸如香水或食品中的高端应用.近年来,以O2作为氧化剂及Pd,Au,Pt,Ag,Ru等贵金属或它们间的合金为催化剂的甲苯液相氧化反应研究取得了一些很好的进展,但仍然不能在高甲苯转化率下高选择性地得到苯甲醛.本课题组曾报道了一种高效的混相催化体系,以O2作为氧化剂将甲苯专一地催化氧化为苯甲醛,其中十六烷基膦酸-氧化铁(HDPA-FeOx)纳米颗粒处在甲苯和水的界面上,稳定了该O/W类皮克林乳液(Pickering).为了进一步提高催化剂晶格氧的移动性以提升催化活性,本文采用Mn, Co, Ni, Cu, Cr, Mo, V和Ti等一系列金属氧化物对催化剂HDPA-Fe Ox进行掺杂,同时使用一种特殊的纳米Al2O3作为载体,大大地增加了催化剂制备的便捷性和保证了催化剂在实际应用中的稳定性.TEM和XRD结果表明,Al2O3负载了金属氧化物后,其形貌仍为纳米棒状结构,并只能观察到Al2O3的晶相衍射峰,表明金属氧化物均匀地负载在其表面.BET结果表明,负载后的催化剂的孔结构与载体Al2O3类似.FT-IR结果表明,HDPA很好地吸附在了催化剂表面.TG结果表明,催化剂中HDPA含量与加入量相符,质量分数为~5%.结合前期工作可知,HDPA能够调整Fe M纳米棒表面催化性质,且以1 HDPA/nm2的密度为最佳,此时,甲苯液相氧化为苯甲醛的催化性能最佳.催化性能测试结果表明,催化剂吸附了HDPA后,甲苯的转化率显著增加,且只生成苯甲醛.在所考察的第二种掺杂金属中,以Ni的效果为最好.该催化剂在最佳反应条件下,甲苯转化率为83%(TOF=0.027nm–2·s–1),苯甲醛选择性为~100%.而Cr,Mo,V和Ti等高价金属则抑制了该反应,这也说明通过掺杂第二种金属调变晶格氧的活动性可影响反应性能.经过优化后,最佳反应条件为:p H值为2.5,反应温度为180°C.原位FT-IR结果表明, 180°C下,甲苯在吸附有HDPA的催化剂表面能够发生化学吸附,苄基C–H键解离并与晶格氧产生结合,形成了C6H5–CH2–O–Fe中间物种,该物种脱附即得苯甲醛.该温度下,表面HDPA对甲苯的化学吸附不可缺.     

新型铁锰复合氧化物催化低温脱除NOx

采用溶胶-凝胶法合成了一系列铁锰复合氧化物催化剂,利用X射线衍射(XRD)对催化剂的活性相态进行研究,并考察了铁锰摩尔比及焙烧温度对催化性能的影响.结果表明,该催化剂体系征低温(80-220℃)下选择性催化氨还原NOx反应中显示出优异的活性.其中Fe(0.4)-MnOx(500)(即摩尔比n(Fe)/(n(Fe)+n(Mn))=0.4,焙烧温度500℃)催化剂具有最佳低温催化活性,在空速30000 h-1,温度80℃的条件下,NOx转化效率达到90.6%,N2 选择性达100%.Fe-MnOx复合氧化物催化剂中形成的Fe3Mn3O8晶相有利于促进NO氧化成NO2,从而提高低温选择性催化还原的活性.     

新型铁锰复合氧化物催化低温脱除NOx

采用溶胶-凝胶法合成了一系列铁锰复合氧化物催化剂, 利用X射线衍射(XRD)对催化剂的活性相态进行研究, 并考察了铁锰摩尔比及焙烧温度对催化性能的影响. 结果表明, 该催化剂体系在低温(80-220 ℃)下选择性催化氨还原NOx反应中显示出优异的活性. 其中Fe(0.4)-MnOx(500)(即摩尔比n(Fe)/(n(Fe)+n(Mn))=0.4, 焙烧温度500 ℃)催化剂具有最佳低温催化活性, 在空速30000 h-1, 温度80 ℃的条件下, NOx转化效率达到90.6%, N2选择性达100%. Fe-MnOx复合氧化物催化剂中形成的Fe3Mn3O8晶相有利于促进NO氧化成NO2, 从而提高低温选择性催化还原的活性.     

Ce_2Mo_3O_(12)超微粒子的制备及催化性能

以硝酸铈和钼酸铵为原料 ,采用溶胶 -凝胶法和微波加热技术制备了Ce2 Mo3 O12 超微粒子催化剂 ,使用DTA -TG ,IR ,XRD以及BET比表面测试等表征手段 ,考察了制备条件对复合氧化物超微粒子形成 ,晶相和比表面积的影响 .同时 ,测试了该样品对甲苯选择性氧化制苯甲醛反应的催化性能 .结果表明 :制备Ce2 Mo3 O12 超微粒子的适宜条件为 :初始溶液pH =1.0 ,柠檬酸 / (铈 +钼 )摩尔比等于 0 .4 ,在此条件下制得的干凝胶 ,经微波加热处理后 ,粒子的比表面积为 35 .8m2 /g ,粒径约为 4 0nm .在由甲苯气相选择氧化制苯甲醛的反应中表现出较好的催化活性     

Gas Phase Selective Catalytic Oxidation of Toluene to Benzaldehyde on V2O5-Ag2O／η-Al2O3 Catalyst

Gas phase selective catalytic oxidation of toluene to benzaldehyde was studied on V2O5-Ag2O/η-Al2O3 catalyst prepared by impregnation. The catalyst was characterized by XRD, XPS, TEM,and FT-IR. The catalytic results showed that toluene conversion and selectivity for benzaldehyde on catalyst sample No.4 (V/(V Ag)=0.68) was higher than other catalysts with different V/Ag ratios. This was attributed to the higher surface area, larger pore volume and pore diameter of the catalyst sample No.4 than the other catalysts. The XRD patterns recorded from the catalyst before and after the oxidation reaction revealed that the new phases were developed, and this suggested that silver had entered the vanadium lattice. XPS results showed that the vanadium on the surface of No.4 and No.5 sample was more than that in the bulk, thus forming a vanadium rich layer on the surface. It was noted that when the catalyst was doped by potassium promoter, the toluene conversion and selectivity for benzalde hydewere higher than those on the undoped catalyst. This was attributed to the disordered structure of V2O5 lattice of the K-doped catalyst and a better interfacial contact between the particles.     

Gas Phase Selective Catalytic Oxidation of Toluene to Benzaldehyde on V2O5-Ag2O/η-Al2O3 Catalyst

Gas phase selective catalytic oxidation of toluene to benzaldehyde was studied on V2O5-Ag2O/η-Al2O3 catalyst prepared by impregnation. The catalyst was characterized by XRD, XPS, TEM,and FT-IR. The catalytic results showed that toluene conversion and selectivity for benzaldehyde on catalyst sample No.4 (V/(V Ag)=0.68) was higher than other catalysts with different V/Ag ratios. This was attributed to the higher surface area, larger pore volume and pore diameter of the catalyst sample No.4 than the other catalysts. The XRD patterns recorded from the catalyst before and after the oxidation reaction revealed that the new phases were developed, and this suggested that silver had entered the vanadium lattice. XPS results showed that the vanadium on the surface of No.4 and No.5 sample was more than that in the bulk, thus forming a vanadium rich layer on the surface. It was noted that when the catalyst was doped by potassium promoter, the toluene conversion and selectivity for benzaldehyde were higher than those on the undoped catalyst. This was attributed to the disordered structure of V2O5 lattice of the K-doped catalyst and a better interfacial contact between the particles.     

Selective Oxidation of Toluene with Hydrogen Peroxide Catalyzed by V-Mo-based Catalyst

The selective catalytic oxidation of toluene with hydrogen peroxide over V-Mo-based catalysts under mild conditions was studied.The promotion effect of Mo on the catalysts was studied with V/Al2O3 and Mo/Al2O3 as reference samples.The catalysts were characterized by XRD,TPR,and XPS techniques.The results show that the addition of Mo to V/Al2O3 may change the distribution of V species on Al2O3 surface.Over V-Mo/Al2O3 catalyst,highly dispersed amorphous V species facilitates benzaldehyde formation,and crystalline V2O5 species increases the conversion of toluene but decreases the selectivity to benzaldehyde,while AlVMoO7 species favors both the conversion of toluene and the formation of cresols.The yield of benzaldehyde depends remarkably on the surface O/Al and Mo/V atomic ratios,and gets to a maximum value of 13.2% with a selectivity of 79.5% at an O/Al atomic ratio of 3.0 and Mo/V atomic ratio of 0.7.     

静电纺丝法制备的V2O5/MoO3复合光催化剂的表征及其光催化降解邻苯二甲酸二甲酯活性

邻苯二甲酸二甲酯是一种干扰人体内分泌系统的化学物质,尽管对人体具有潜在危害,目前仍做为塑料、醋酸乙烯酯、纤维素等生产过程中的添加剂而广泛使用.伴随着邻苯二甲酸二甲酯的生产和应用,自然界不可避免地受其污染.因此,如何有效降解排放在环境中的邻苯二甲酸二甲酯以减少其对人类的不利影响成为化学研究者的重要任务.通过半导体光催化剂高效利用太阳能光催化降解邻苯二甲酸二甲酯是一种有效方法. TiO2等半导体光催化剂由于光催化过程中产生的电子-空穴对极易复合导致其催化效率不高,减少光生电子-空穴对复合率进而提高光量子效率的方法有金属掺杂、非金属掺杂、表面敏化、半导体复合等多种手段.其中, MoO3由于其独特的结构和化学性质广泛应用于光催化领域,并常作为耦合剂与其他半导体(如TiO2)复合以提高光催化活性.在我们以前的工作中,曾使用MoO3做为耦合剂与V2O5复合,实验结果证明MoO3与V2O5复合形成异质结构有效提高了V2O5的光催化效率. MoO3由于其带隙较宽(约2.90 eV),对太阳光利用率不高,以及电子-空穴对极易复合导致MoO3实际光催化活性并不好.因此,我们考虑以MoO3做为主体, V2O5做为耦合剂研究n(V)/n(Mo)比对V2O5/MoO3复合光催化剂结构和性能的影响.我们以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、四水合钼酸铵((NH4)6Mo7O24·4H2O)和偏钒酸铵(NH4VO3)为原料,采用静电纺丝技术结合溶胶凝胶过程的方法,成功制备了具有不同n(V)/n(Mo)比的V2O5/MoO3复合光催化剂. XRD结果表明,当n(V)/n(Mo)<1/6时,钒离子掺杂进入MoO3晶格内,n(V)/n(Mo)>1/6时,部分钒离子掺杂进入MoO3晶格内,部分钒离子聚集形成V2O5晶体, V2O5晶体数量随着n(V)/n(Mo)逐渐增加,且尺寸有所增长.这一点在扫描电镜中得到了进一步的证实.扫描电镜结果表明α-MoO3呈规则的层状结构,为长度约3μm,宽度约2μm,厚度约500 nm的表面光滑的正交相MoO3微纳米片,而V2O5则为微纳米颗粒,其中表面光滑的层状MoO3微纳米片散乱分布在块状V2O5微纳米颗粒之间,并与V2O5微纳米颗粒团簇紧密接触.由于二者的紧密接触,可能在二者交界处形成了V2O5/MoO3异质结构.紫外-可见漫反射光谱数据表明,掺杂或者异质结构的形成有效降低了MoO3的带隙,促进了MoO3对可见光的吸收,拓宽了光响应范围.为进一步确定MoO3与V2O5复合前后元素的化学态变化,我们进行了XPS能谱测试.通过对V 2p和Mo 3d XPS谱图高斯曲线拟合发现,与纯V2O5相比, VM-6和VM-2中不同价态的V元素电子结合能均有所增加.同时, VM-6和VM-2中的Mo元素的电子结合能与纯MoO3相比有轻微的减少,这说明无论是掺杂还是异质结构的形成都使V离子和Mo离子的化学环境有所改变.我们以亚甲基蓝为探针反应,测试V2O5/MoO3复合光催化剂的催化活性.结果表明,无论掺杂还是异质结构的光催化剂光催化降解亚甲基蓝的活性均远大于纯MoO3和V2O5.这可能是由于V 3d杂质能级的存在以及V2O5和MoO3交界处异质结构的形成有效降低了MoO3的带隙,拓宽了光响应范围.另一方面,异质结构有利于光生电子-空穴对的分离,有效提高了光量子效率.其中, n(V)/n(Mo)的最佳比为1/2,亚甲基蓝的光降解率高达89.23%.为了测定V2O5/MoO3复合光催化剂对邻苯二甲酸二甲酯的光催化活性,我们选取了样品纯MoO3, V2O5, VM-6和VM-2进行测试.测定结果与光催化降解亚甲基蓝结果吻合, VM-2催化效果最高,可达82.20%.并通过高效液相色谱测定邻苯二甲酸二甲酯降解过程的中间产物为邻苯二甲酸.     

甲烷在MoO_3／HZSM－5分子筛催化剂上的非氧催化转化

研究了反应温度、空速、Ｍｏ担载量和焙烧温度对ＭｏＯ３／ＨＺＳＭ－５催化剂上甲烷的芳构化反应的影响．ＨＺＳＭ－５分子筛的Ｂｒｏｎｓｔｅｄ酸性、孔道结构和Ｍｏ在分子筛中的分布是影响催化性能的重要因素．ＨＺＳＭ－５上Ｍｏ担载量为２～３％时活性最佳，在１０１３Ｋ反应温度下甲烷转化率可达９％，芳烃选择性大于９０％．空速影响的实验表明乙烯是反应的初始产物．在此基础上提出了＂甲烷酸助异裂活化＂的新概念、＂金属钼类碳烯中间物＂的新观点和甲烷芳构化的可能机理．     

Effect of Bi promoter on the performances of selective oxidation of isobutane to methacrolein over MoVO/AlPO4 catalysts

The effects of Bi on the catalytic performance of selective oxidation of isobutane to methacrolein over MoVO/AlPO4 catalyst were investigated by XRD, FT-Raman, XPS, UV-vis DRS techniques. The results show that the addition of Bi component into the MoVO/AlPO4 catalyst obviously improves the catalytic performance, and the selectivity to methacrolein can increase from 14.2% to 45.1% with the increase of Bi/V molar ratio from 0 to 1. Combining the characterization results with the reaction evaluation, it is concluded that the catalytic activities of the MoV0.3Bix/AlPO4 catalysts are related to the crystalline phase composition and the dispersion of molybdenum and vanadium oxides species in general, and also to the V5+/V4+ molar ratio on the surface in particular.     

钴掺杂对碳化钼催化噻吩加氢脱硫性能的影响

以MoO3和CoMo混合氧化物为前驱体, 制备了碳化钼和碳化钼-钴催化剂, 采用XRD, BET, SEM和XPS等技术对其进行了表征, 研究了Co掺杂对碳化钼催化剂噻吩加氢脱硫性能的影响. 结果表明, 掺入适量的Co后制得的CoMo双金属混合氧化物为MoO3和CoMoO4的两相混合体, 经CH4/H2气氛程序升温还原碳化反应生成共生共存的Co-Mo2C, Co以金属细颗粒的形态均匀地分散在生成的Mo2C组分之间. 在共生过程中含Co物种的掺入可降低制备碳化钼所需要的还原碳化温度, 使制备的碳化钼颗粒变小, 比表面积增大, 表面Mo2+含量增多, 从而对碳化钼的噻吩加氢脱硫活性有较好的促进作用, Co的添加量以Co/Mo摩尔比为0.2左右较为适宜. 用化学共沉淀法制得的Co-Mo2C共生共存体系的噻吩加氢脱硫反应活性, 好于由金属Co与Mo2C机械混合法制得的Co+Mo2C二相共存体系. 这表明当两个活性相共存时, 只有经过相互共生过程才能发挥其最佳的协同效应.