氧化锆负载Pd-Cu双金属催化剂上山梨醇选择性氢解合成乙二醇和丙二醇（英文）

山梨醇和木糖醇等多元醇是可再生生物质转化合成液体燃料和化学品的重要平台分子,其中,可通过选择氢解反应一步制备乙二醇和丙二醇等重要化工原料,有望代替从乙烯和丙烯制备二元醇的传统石油化工工艺.目前文献中多元醇氢解反应主要使用Ru基和Ni基催化剂等,但是不可避免地生成C-C键非选择性断裂的副产物甲烷等.与之相比,非贵金属Cu基催化剂往往具有较优异的选择性,但其活性较低和水热稳定性较差.因此,到目前为止研制具有高活性和选择性、以及良好水热稳定性的Cu基催化剂用于生物质基多元醇氢解反应仍然存在挑战.在本文中,我们采用贵金属修饰的方法提高Cu基催化剂在山梨醇选择氢解反应中的活性和水热稳定性.通过分步浸渍法合成了1%Pd-3%Cu/ZrO2、1%Pt-3%Cu/ZrO2和1%Ru-3%Cu/ZrO2双金属催化剂,并比较了它们在山梨醇氢解反应中的催化性能.在相同的反应条件下,上述催化剂中1%Pd-3%Cu/ZrO2(Cu/Pd=5)具有最优的活性及乙二醇、丙二醇和甘油的总选择性.以固体碱La(OH)3为助剂,1%Pd-3%Cu/ZrO2的山梨醇氢解活性高达20.3 h-1,是单金属1%Pd/ZrO2(8.7 h-1)和3%Cu/ZrO2(6.5 h-1)催化剂活性的2-3倍,也高于含有相同Pd、Cu含量的1%Pd/ZrO2和3%Cu/ZrO2机械混合体系的活性(12.2 h-1).而且,Pd-Cu/ZrO2双金属催化剂对C2-C3低碳多元醇的选择性也明显优于Pd/ZrO2和Cu/ZrO 2以及二者的机械混合体系.这些结果说明Pd对Cu/ZrO2的促进作用不仅仅需要Pd与Cu两种金属的共同存在,还需要它们两者之间的相互作用.进一步发现,Pd-Cu/ZrO2双金属催化剂在Cu/Pd比为1.5-10.0的较宽范围内都表现出了较高的反应活性(17.8-20.3 h-1)以及乙二醇、丙二醇和甘油的总选择性(57.3%-62.8%),说明较低含量Pd的存在就能够有效地改善Cu催化剂的催化性能.在493 K和5.0 MPa H2的反应条件下,以1%Pd-3%Cu/ZrO2为催化剂,在山梨醇接近完全转化时,获得了61.7%的乙二醇、丙二醇和甘油的总选择性.同时,Pd的加入还能有效地抑制水热反应条件下Cu粒子的团聚,使得Pd-Cu/ZrO2催化剂在山梨醇氢解反应中具有优良的水热稳定性和循环使用性能.在5次循环实验中1%Pd-3%Cu/ZrO2的活性和选择性基本保持不变;X-射线粉末衍射结果表明,反应后的催化剂上未观察到Cu的特征衍射峰,Cu粒子仍然保持良好的分散状态.而对于没有Pd修饰的单金属3%Cu/ZrO2催化剂,经5次循环使用后山梨醇氢解反应的活性则下降了42%;在循环反应中Cu粒子显著地聚集而长大到~30 nm.CO吸附漫反射红外光谱结果揭示了Cu粒子倾向于在Pd粒子表面沉积,随着Cu/Pd原子比的增大,Cu粒子逐渐稀释并覆盖Pd的表面位点,说明Pd与Cu粒子之间存在紧密的接触.氢气程序升温还原结果表明,可能与氢溢流有关,Pd的加入促进了CuO的还原.然而,不同于Pd/ZrO2和Cu/ZrO2机械混合样品的TPR图谱,其显示PdO和CuO各自的还原峰,Pd-Cu双金属催化剂则只存在一个宽化的还原峰,这说明了Pd-Cu之间结构上的紧密接触使得两种金属之间存在强相互作用,其中可能存在从Pd向Cu的电子转移.综合这些结构和电子效应,可以推测Pd的存在促进了Cu粒子对山梨醇的脱氢能力和不饱和中间体的加氢能力,进而提高了Cu基催化剂在山梨醇氢解反应中的活性及目标产物的选择性.同时Pd-Cu之间的强相互作用和氢溢流效应抑制了Cu粒子在水热反应条件下的聚集,提高了催化剂的稳定性.这些结果和认识有助于指导人们为多元醇氢解和其它生物质基化学品的转化反应设计具有更高效率和水热稳定性的新型Cu基催化剂.     

Pd-Cu/γ-Al_2O_3催化苯乙炔选择性加氢反应

为了提高苯乙炔加氢反应中的苯乙烯选择性,本文采用"胶体-等体积浸渍"两步法制备了Pd-Cu/γ-Al2O3双金属催化剂.利用高分辨率透射电镜(HRTEM)、X射线光电子能谱(XPS)、CO脉冲化学吸附、N2物理吸附、电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)等技术表征了Pd-Cu/γ-Al2O3的结构性质,考察了Cu/Pd摩尔比、Pd负载量以及金属引入顺序对Pd-Cu/γ-Al2O3催化苯乙炔选择性加氢性能的影响.结果表明,与Pd/γ-Al2O3单金属催化剂相比,Pd-Cu/γ-Al2O3的苯乙烯选择性大幅度提高,尤其是当Pd负载量为0.3%(w),且Cu/Pd摩尔比为0.6时,Pd-Cu/γ-Al2O3表现出优异的加氢选择性;在0.1 MPa和40°C下,当苯乙炔转化率为90%时,双金属催化剂的苯乙烯选择性可达95%;当转化率达到99%以上时,苯乙烯选择性仍保持在82%左右.分析表明,Pd-Cu/γ-Al2O3中形成了Pd-Cu合金,但是两种金属间不存在电子转移,Cu对Pd的几何效应才是导致Pd-Cu/γ-Al2O3苯乙烯选择性增加的主要原因.     

CO2氧化丙烷脱氢制丙烯用Pd-Cu/V2O5-SiO2催化剂的研究

 采用等体积浸渍法制备了V2O5-SiO2负载的Pd-Cu双金属催化剂,以程序升温还原/程序升温氧化、红外光谱、程序升温脱附和微反技术表征了Pd-Cu/V2O5-SiO2对CO2和丙烷的化学吸附性能及对CO2部分氧化丙烷脱氢反应的催化性能. 结果表明,在催化剂表面金属活性位(Pd,Cu)和邻近的Vn+协同下形成的CO2卧式吸附态可在172和284 ℃断裂形成CO和晶格氧,以甲基氢和亚甲基氢双位吸附在V=O上的丙烷分子吸附态可在238 ℃脱氢生成丙烯. 在600 ℃,CO2/C3H8体积比为1和空速为1?286 h-1的条件下,丙烷转化率为35.22%,丙烯选择性为85.44%. 催化剂V=O中的晶格氧参与了丙烷氧化脱氢过程.     

镁铝复合氧化物负载铜催化剂上甘油选择性氢解合成丙二醇

我们通过乙醇溶液浸渍法合成出了具有高分散度金属Cu 的Cu/MgO-Al₂O₃ (Mg/Al 原子比=1/1, 3/1, 4/1)、Cu/MgO 和Cu/Al₂O₃ 等催化剂. 在200℃, 6.0 MPa H₂ 和二氧六环溶剂中, 这些催化剂高选择性地将甘油氢解为1,2-丙二醇(选择性>90%), 而单位表面Cu 原子的甘油转化速率则随催化剂表面碱中心与Cu 原子比例的提高而增大. N₂O 化学吸附-H₂ 程序升温还原实验表明Cu 粒子的本征氢解能力不随其负载量以及载体中的Mg/Al 原子比发生明显改变, 加之碱性MgO-Al₂O₃ 载体本身不催化甘油的转化, 我们推测在甘油氢解反应中金属Cu 粒子与载体界面处的碱中心辅助Cu 粒子活化甘油分子的α 位C-H键, 从而加速甘油脱氢为甘油醛步骤以及甘油氢解反应的进行. CO₂程序升温脱附实验以及对甘油氢解反应中Cu/MgO-Al₂O₃ 催化剂稳定性的考察结果暗示在甘油氢解反应中起主要作用的碱中心是载体表面上与Mg²⁺键连的羟基基团(即B 碱OH^-). 这些对甘油氢解反应中金属中心与碱性中心协同作用的认识对进一步理性设计高效的甘油或其它多元醇分子氢解催化剂具有重要指导意义.     

Pd-Cu/γ-Al2O3催化苯乙炔选择性加氢反应

为了提高苯乙炔加氢反应中的苯乙烯选择性, 本文采用“胶体-等体积浸渍”两步法制备了Pd-Cu/γ-Al₂O₃双金属催化剂. 利用高分辨率透射电镜(HRTEM)、X射线光电子能谱(XPS)、CO脉冲化学吸附、N2物理吸附、电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)等技术表征了Pd-Cu/γ-Al₂O₃的结构性质, 考察了Cu/Pd 摩尔比、Pd负载量以及金属引入顺序对Pd-Cu/γ-Al₂O₃催化苯乙炔选择性加氢性能的影响. 结果表明, 与Pd/γ-Al₂O₃单金属催化剂相比, Pd-Cu/γ-Al₂O₃的苯乙烯选择性大幅度提高, 尤其是当Pd负载量为0.3%(w), 且Cu/Pd摩尔比为0.6时, Pd-Cu/γ-Al₂O₃表现出优异的加氢选择性; 在0.1 MPa和40 ℃下, 当苯乙炔转化率为90%时, 双金属催化剂的苯乙烯选择性可达95%; 当转化率达到99%以上时, 苯乙烯选择性仍保持在82%左右. 分析表明, Pd-Cu/γ-Al₂O₃中形成了Pd-Cu合金, 但是两种金属间不存在电子转移, Cu对Pd的几何效应才是导致Pd-Cu/γ-Al₂O₃苯乙烯选择性增加的主要原因.     

离子交换树脂负载Pd-Cu双金属催化剂的制备及其对硝酸盐的催化脱除作用

采用阴离子交换树脂(AIER)为载体.以络合剂EDTA为媒介物,制备了Pd-Cu双金属负载性型催化剂;以H2为还原剂,将催化剂应用于水介质中NO3-还原为N2的脱除反应;考察了双金属催化剂组成、载体阴离子交换树脂的性质及水介质中NaCl存在对还原脱除反应的影响规律.研究结果表明,凭借阴离子交换树脂对EDTA强烈的吸附作用及EDTA对金属离子的强螯合作用,可将大量的金属离子(Cu2 与Pd2 )结合到树脂表面,再通过水合肼的还原作用,可制得金属负载量高且结合程度牢的双金属负载性型催化剂Pd-Cu/AIER.在单纯含有硝酸盐的水溶液中,在催化剂Pd-Cu/AIER的作用下,NO3-只能被还原为NH4 ,不能还原为N2;水介质中大量氯离子的存在,能大大促进NO3-转变为N2的还原反应;载体阴离子交换树脂的碱性越弱,最终制得的催化剂活性与选择性越差.     

2-乙基蒽醌在双金属整体式催化剂上的氢化反应: 实验和DFT研究

过氧化氢(H2O2)是一种绿色化工原料和环境友好氧化剂. 目前, 超过 98% 的H2O2是通过蒽醌法生产. 蒽醌法主要包括 2-乙基蒽醌氢化生成 2-乙基氢蒽醌和 2-乙基氢蒽醌氧化生成 2-乙基蒽醌和H2O2的过程. 其中, 2-乙基蒽醌氢化是关键步骤. 在氢化过程中, 生成的 2-乙基氢蒽醌和四氢-2-乙基氢蒽醌是目标产物, 同时生成许多副产物. 目前, Pd 颗粒催化剂是广泛使用的催化剂, 但是蒽醌氢化过程中, 质量传递是主要的控制因素. 与颗粒催化剂对比, 整体式催化剂可以减弱整个反应的内外扩散, 提高反应速率. 很多研究结果显示, 整体式催化剂的传质优于颗粒催化剂, 可以提高催化效率. 近期许多研究显示, 双金属颗粒催化剂在很多氢化反应中体现出优异的催化性能. 本工作制备了双金属整体式催化剂, 考察了其在蒽醌氢化过程中的催化性能.首先, 通过浸渍法制备了4 种双金属整体式催化剂 Pd-M/SiO2/COR (M = Ni, Fe, Mn和 Cu)以及Pd/SiO2/COR和Ni/SiO2/COR两种单金属整体式催化剂. 催化活性结果显示, Ni/SiO2/COR的H2O2产量低于 Pd/SiO2/COR, 而且在 700 oC还原的 Pd-Ni/SiO2/COR 整体式催化剂在 Pd/M = 2 时取得了最高选择性 (95.3%) 和H2O2产量 (7.5 g/L). 然后, 考察了金属负载量的影响. 结果显示, 在金属负载量低于 0.4% 时, 随着金属负载量增加, 选择性和H2O2产量增加, 在金属负载量高于0.4% 时, 随着金属负载量增加, 选择性和H2O2产量降低. TEM结果表明, 添加第二种金属后, 双金属整体式催化剂颗粒尺寸变小, 分布更均匀. EDS结果显示, 双金属形成了合金. H2-TPR结果显示, 随着Pd/M比率增加, 还原温度降低, 说明Pd有助于第二种金属氧化物的还原. 这可能是由于 Pd 表面的氢溢流到第二种金属 (Ni, Fe, Mn和 Cu) 表面. 此外, 文献结果表明, 合金的形成能够抑制 PdH 的形成. 本工作表明添加第二种金属 (Ni, Fe, Mn和Cu) 后, PdH 的峰强度减弱或者峰消失, 也说明形成了合金. XPS 结果显示, 添加第二种金属后,在 336.3 ± 0.1 和 341.4 ± 0.1 eV 出现了新的 Pd 3d5/2和 Pd 3d3/2峰, 说明形成了合金. H2-O2滴定结果表明, Pd-Ni/SiO2/COR的Pd分散度和Pd比表面积都高于其他双金属催化剂, 说明第二种金属 Ni 更有利于促进 Pd 的分散, 减弱颗粒集聚, 揭示了Pd 和 Ni 之间强烈的相互作用. DFT 计算结果显示, Pd3M1(M = Ni, Fe, Mn和Cu) 双金属整体式催化剂和 2-乙基蒽醌之间的结合能低于 Pd/SiO2/COR和 2-乙基蒽醌之间的结合能, 但是 Pd3M1(M = Ni, Fe和Mn) 双金属催化剂和 2-乙基氢蒽醌之间的结合能减小得很少, 这可能是由于 2-乙基蒽醌的 C=O 和第二种金属之间具有强烈相互作用的缘故. Pd3Cu1双金属催化剂和 2-乙基氢蒽醌之间的结合能减小很多, 主要是由于 Pd3Cu1表面不利于 2-乙基氢蒽醌的吸附.因此, Pd-Ni/SiO2/COR 比 Pd/SiO2/COR, Ni/SiO2/COR 和其他的双金属整体式催化剂具有更高的选择性和H2O2产量, 主要是由于合金的形成以及 2-乙基氢蒽醌的 C=O 双键和 2-乙基氢蒽醌强烈的相互作用.     

ZrO_2载体上Pd、Ag、Co催化剂用于甲烷完全氧化反应的研究

用浸渍法制备了Pd/ZrO2 、Ag/ZrO2 和Co/ZrO2 等催化剂用于甲烷完全氧化反应。实验表明 ,对Pd/ZrO2 催化剂 ,焙烧温度对其催化活性影响很大 ,最佳焙烧温度为 2 80℃。对Pd/ZrO2 催化剂 ,最佳Pd负载量为 1 0w %。随总流量增大 ,甲烷转化率下降 ,随O2 /CH4进料比减小 ,甲烷转化率下降。其它负载型金属催化剂如Ag ,Co等用于甲烷氧化反应中具有一定的活性 ,但活性低于Pd。Pd -Co双金属催化剂可望是理想的Pd催化剂的替代品     

载体对其负载的Cu-Co双金属催化剂上5-羟甲基糠醛氢解选择性生成2,5-二甲基呋喃的影响

碳-氧键氢解是生物质呋喃基化合物制备交通燃料常见的模型反应,其中5-羟甲基糠醛(HMF)转化为汽油添加剂2,5-二甲基呋喃(DMF)尤为引人关注.本文采用CeO2,ZrO2和Al2O3负载的Cu-Co双金属催化剂用于HMF选择性氢解制DMF的反应中.采用X射线衍射、N2吸附-脱附、投射电镜、H2-程序升温还原、氨-程序升温脱附和元素分析表征了新鲜的和使用过催化剂的结构,并将其与催化活性相关联.Cu-Co/CeO2催化剂通过在大的Cu颗粒上还原C=O键生成了最多的2,5双(羟甲基呋喃)(BHMF).但Cu-Co/Al2O3催化剂具有高度分散的Cu,Cu-Co复合氧化物和大量的弱酸位,因而生成DMF的选择性最高.Cu-Co/ZrO2催化剂则由于存在强酸位,DMF选择性较低,生成了各种过度氢解产物,如2,5而甲基四氢呋喃和5,5-二(亚甲基)双(2-甲基呋喃).因此,考察了Cu-Co/Al2O3催化剂上的反应路径,以及温度、氢气压力和时间等操作条件的影响,使其具有较优的HMF转化率和DMF选择性.     

2-乙基蒽醌在双金属整体式催化剂上的氢化反应:实验和DFT研究（英文）

过氧化氢(H_2O_2)是一种绿色化工原料和环境友好氧化剂.目前,超过98%的H_2O_2是通过蒽醌法生产.蒽醌法主要包括2-乙基蒽醌氢化生成2-乙基氢蒽醌和2-乙基氢蒽醌氧化生成2-乙基蒽醌和H_2O_2的过程.其中,2-乙基蒽醌氢化是关键步骤.在氢化过程中,生成的2-乙基氢蒽醌和四氢-2-乙基氢蒽醌是目标产物,同时生成许多副产物.目前,Pd颗粒催化剂是广泛使用的催化剂,但是蒽醌氢化过程中,质量传递是主要的控制因素.与颗粒催化剂对比,整体式催化剂可以减弱整个反应的内外扩散,提高反应速率.很多研究结果显示,整体式催化剂的传质优于颗粒催化剂,可以提高催化效率.近期许多研究显示,双金属颗粒催化剂在很多氢化反应中体现出优异的催化性能.本工作制备了双金属整体式催化剂,考察了其在蒽醌氢化过程中的催化性能.首先,通过浸渍法制备了4种双金属整体式催化剂Pd-M/SiO_2/COR(M=Ni,Fe,Mn和Cu)以及Pd/SiO_2/COR和Ni/SiO_2/COR两种单金属整体式催化剂.催化活性结果显示,Ni/SiO_2/COR的H_2O_2产量低于Pd/SiO_2/COR,而且在700 ℃还原的Pd-Ni/SiO_2/COR整体式催化剂在Pd/M=2时取得了最高选择性(95.3%)和H_2O_2产量(7.5 g/L).然后,考察了金属负载量的影响.结果显示,在金属负载量低于0.4%时,随着金属负载量增加,选择性和H_2O_2产量增加,在金属负载量高于0.4%时,随着金属负载量增加,选择性和H_2O_2产量降低.TEM结果表明,添加第二种金属后,双金属整体式催化剂颗粒尺寸变小,分布更均匀.EDS结果显示,双金属形成了合金.H_2-TPR结果显示,随着Pd/M比率增加,还原温度降低,说明Pd有助于第二种金属氧化物的还原.这可能是由于Pd表面的氢溢流到第二种金属(Ni,Fe,Mn和Cu)表面.此外,文献结果表明,合金的形成能够抑制PdH的形成.本工作表明添加第二种金属(Ni,Fe,Mn和Cu)后,PdH的峰强度减弱或者峰消失,也说明形成了合金.XPS结果显示,添加第二种金属后,在336.3±0.1和341.4±0.1 eV出现了新的Pd 3d_(5/2)和Pd 3d_(3/2)峰,说明形成了合金.H_2-O_2滴定结果表明,Pd-Ni/SiO_2/COR的Pd分散度和Pd比表面积都高于其他双金属催化剂,说明第二种金属Ni更有利于促进Pd的分散,减弱颗粒集聚,揭示了Pd和Ni之间强烈的相互作用.DFT计算结果显示,Pd_3M_1(M=Ni,Fe,Mn和Cu)双金属整体式催化剂和2-乙基蒽醌之间的结合能低于Pd/SiO_2/COR和2-乙基蒽醌之间的结合能,但是Pd_3M_1(M=Ni,Fe和Mn)双金属催化剂和2-乙基氢蒽醌之间的结合能减小得很少,这可能是由于2-乙基蒽醌的C=O和第二种金属之间具有强烈相互作用的缘故.Pd_3Cu_1双金属催化剂和2-乙基氢蒽醌之间的结合能减小很多,主要是由于Pd_3Cu_1表面不利于2-乙基氢蒽醌的吸附.因此,Pd-Ni/SiO_2/COR比Pd/SiO_2/COR,Ni/SiO_2/COR和其他的双金属整体式催化剂具有更高的选择性和H_2O_2产量,主要是由于合金的形成以及2-乙基氢蒽醌的C=O双键和2-乙基氢蒽醌强烈的相互作用.     

官能化碳纳米管负载Ru催化山梨醇氢解制备低碳二元醇

以不同官能化碳纳米管(原始MCN、氨基化AMCN和石墨化GMCN等)作为载体,通过浸渍法制备了Ru/CNTs催化剂,并应用于山梨醇氢解制1,2-丙二醇和乙二醇反应中。利用XRD、HRTEM、XPS和ICP-AES等方法对催化剂进行了表征,考察了官能团性质、碱助剂等因素对山梨醇氢解性能的影响。结果表明,与Ru/MCN或Ru/GMCN相比较,Ru/AMCN催化剂对山梨醇氢解有更高的活性,在205℃、5.0 MPa氢压条件下,以Ca(OH)₂为添加剂,山梨醇的转化率可达99.5%,1,2-丙二醇(1,2-PD)和乙二醇(EG)的总产率为47.7%。催化剂重复利用五次,催化活性无明显下降。     

MgO负载金属双功能催化剂用于生物基山梨醇氢解制丙二醇、乙二醇和甘油

甘油、丙二醇和乙二醇是非常重要的化工原料和合成聚酯类、聚醚类树脂的单体,也可作为功能化合物直接应用于化妆品、食品及制冷等领域.随着生物炼制行业的发展,其作为生物基平台化合物在未来可以获得更为广泛的应用.从富含氧原子的纤维素出发制备甘油和二元醇,符合绿色化学化工的原子经济性、工艺经济性和生产过程清洁等原则,也是生物质资源化利用的重要途径.因此,近年来以纤维素及其衍生物糖和糖醇为原料,通过氢解反应制备甘油和二元醇的研究在国外已广泛开展.在目前已报道的氢解糖和糖醇研究中,几乎均采用包含金属催化剂和液体碱助剂的耦合催化体系,所用液体碱为NaOH, KOH和Ca(OH)2等,使用量很大.这些碱性助剂可以提高金属催化剂对糖醇加氢和氢解反应的催化活性,促进底物转化,但同时也不可避免地加剧了二醇产物进一步氢解和自身缩合反应,使产物选择性降低.在产物分离和提纯过程中,过高的碱浓度也会诱导甘油和二醇产品自身缩合,使分离困难,提高了分离成本.反应液的强碱性还增加了生产过程的设备成本.本文以固体碱MgO为载体,分别负载Ni, Co和Cu等金属制备出Ni-MgO, Co-MgO和Cu-MgO等双功能催化剂,应用于糖醇氢解反应,从而减少或避免使用液体碱添加剂.木质纤维素降解得到的单糖中含量最大的是六碳糖,本文以六碳糖加氢衍生物山梨醇为模型底物,考察了所制MgO负载金属双功能催化剂催化糖醇氢解制甘油和二元醇的活性和选择性,研究了反应条件对山梨醇氢解生成二醇和甘油的影响. 山梨醇氢解反应在不锈钢反应釜中进行.采用气相色谱-质谱联用对氢解产物进行定性分析,采用气相色谱和离子色谱分别对反应中低沸点和高沸点产物进行定量分析.结果表明,在Ni-MgO, Co-MgO和Cu-MgO (其中活性金属和载体MgO的比例为1：3)三种催化剂上山梨醇均能高效转化为乙二醇、1,2-丙二醇和甘油;无论是否添加Ca(OH)2,山梨醇氢解活性顺序均为Ni-MgO>Co-MgO>Cu-MgO.三种催化剂上产物选择性有较大差异, Ni-MgO和Co-MgO对乙二醇和1,2-丙二醇具有较好的选择性,其中1,2-丙二醇与乙二醇比例约为2,而Cu-MgO催化剂对1,2-丙二醇选择性较高,1,2-丙二醇与乙二醇比例约为7.同时,考察了反应温度、压力和反应时间对三种催化剂上山梨醇转化活性和产物选择性的影响.随着温度升高,所有催化剂活性均显著增加,其中Ni-MgO和Cu-MgO催化山梨醇氢解对反应条件较为敏感,而Cu-MgO催化剂对反应条件不敏感.在Ni-MgO催化剂上,可以在较低的反应温度下获得较高的产物选择性.     

草酸二甲酯气相催化加氢合成乙二醇的研究

采用共沉淀法制备了一系列 CuO/SiO₂ 催化剂,进行草酸二甲酯气相加氢活性评价,分别考察了不同沉淀剂（Na₂CO₃、NH₃·H₂O、NaOH）、催化剂组成以及反应工艺条件对加氢性能的影响。采用N₂ 吸附脱附、N₂O吸附、XRD、TG热重分析、H₂-TPR等手段对催化剂进行表征。结果表明,草酸二甲酯加氢反应活性与Cu⁰有关,提高铜比表面积有利于提高加氢活性。采用以NaOH沉淀剂制备的CuO质量分数为50%的CuO/SiO₂催化剂,在200℃、2MPa、0.07h^-1和氢酯摩尔比为100时,草酸二甲酯转化率可达 98%,乙二醇选择性87%,且催化剂表现出较好的稳定性。     

Pd-Cu/ZrO2催化CO2加氢制甲醇的性能

采用溶胶-凝胶法制备了n(Cu):n(Zr)=1:1、1:2、1:4和1:8的Cu/ZrO₂催化剂。 实验结果表明,当n(Cu):n(Zr)=1:4时,催化剂表现出较高的CO₂转化率(8.0%)和甲醇选择性(59.5%),为了增加CO₂的转化率,提高甲醇选择性,在n(Cu):n(Zr)=1:4的催化剂中添加质量分数1%的Pd,采用浸渍法制备了Pd-Cu/ZrO₂催化剂。 在250 ℃、2 MPa、12000 mL/(g·h)和V(H₂):V(CO₂)=3:1的反应条件下,CO₂转化率和CH₃OH收率相比Cu/ZrO₂催化剂(n(Cu):n(Zr)=1:4)分别提高了40.0%和80.9%。 通过X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、N₂吸附-脱附(BET)、X射线光电子能谱仪(XPS)和程序升温还原化学吸附仪(H₂-TPR)等仪器表征证明Pd的添加提高了催化剂的分散性和比表面积。 催化剂中Pd和Cu之间强相互作用,使Cu2p轨道结合能向低处偏移,还原温度的降低,说明Pd-Cu/ZrO₂催化剂还原能力增强,使得CO₂加氢活性提高。     

焙烧温度对Ni/La(Ⅲ)催化剂氢解山梨醇制备低碳二元醇性能的影响

采用水热法合成了纳米棒状La(OH)₃载体,通过湿式浸渍方法制备了10%Ni/La(Ⅲ)负载型催化剂,考察了500~800℃不同焙烧温度对于催化剂氢解山梨醇制备低碳二元醇的影响,结合XRD、SEM/EDS、BET、H₂-TPR-MS、CO/CO₂-TPD-MS、TG和ICP-AES等表征手段对Ni/La(Ⅲ)催化剂的构效关系进行了分析。结果表明,Ni/La(Ⅲ)催化剂表现出高的氢解反应活性,在较低的焙烧温度下(500℃)催化剂主要以NiO/La₂O₂CO₃结构形式存在。随着焙烧温度的升高,NiO/La₂O₂CO₃逐渐向La₂NiO₄-La₂O₃进行转变。碱性是影响不同催化剂活性的决定因素,高的焙烧温度促进了催化剂中强碱性位的生成,显著提高了氢解反应活性,但对液体产物的选择性无明显影响,在220℃、4MPa H₂、1.5h的条件下,山梨醇完全转化,低碳二元醇的产率可达到53%。低的焙烧温度则增加了催化剂的水热稳定性。催化剂的失活主要归结于活性金属粒子在水相反应中从载体表面脱落而发生团聚,降低氢解反应活性。     

碳酸乙烯酯选择加氢合成甲醇与乙二醇高效稳定Cu/SiO2催化剂研究

CO2作为重要的碳氧资源, 具有来源丰富、价格低廉、安全等突出优点. 近年来, 由于蕴含的巨大利用潜力,CO2间接利用制备基础化学品、能源燃料对于可持续制备大宗化工品中具有重要研究意义, 日益受到研究者和工业界的广泛重视.甲醇与乙二醇是化学工业中的两种重要大宗原料. 甲醇不仅是重要的有机化工原料、清洁环保的液体燃料, 同时也是氢气和能量储存的良好载体. 乙二醇作为一种重要的有机化工原料, 在聚酯等领域具有广泛应用.CO2经碳酸乙烯酯氢解制备甲醇/乙二醇是典型的原子经济反应, 对资源、能源和环境的可持续发展具有重要意义. 需要指出的是,CO2与环氧乙烷环加成制备碳酸乙烯酯已具备成熟的工业化技术. 因此, 该路线研究重点在于发展碳酸乙烯酯选择加氢联产甲醇和乙二醇高效稳定的催化体系. 近年来, 铜基多相催化剂催化碳酸乙烯酯加氢联产甲醇乙二醇得到了广泛重视. 由于铜基催化剂存在活性较低、高温易失活等问题, 开发高效且具有良好稳定性的铜基催化剂是目前碳酸乙烯酯加氢研究重点.本文针对碳酸乙烯酯选择氢解合成甲醇乙二醇新型铜基催化体系构建和构效关系研究, 采用硅溶胶蒸氨法制备高分散 Cu/SiO2过程中引入多羟基β-环糊精修饰催化剂前驱体的合成策略, 并通过惰性气体中煅烧后的积碳有效抑制活性铜物种的团聚, 获得了β-环糊精改性的 Cu/SiO2催化剂. 通过 N2吸脱附、XRD、N2O 滴定、H2-TPR、TEM 和 XPS 等系统表征,发现β-环糊精可有效调控催化剂结构和表面不同价态活性铜物种分布. 碳酸乙烯酯加氢性能评价结果表明引入适量β-环糊精的 5β-25%Cu/SiO2具有较优催化活性, 乙二醇选择性 98.8% 和甲醇选择性 71.6%, 且相应的催化活性可达 1178 mgEC gcat-1h-1. 高活性的原因很可能归因于不同价态 Cu0与 Cu+物种协同催化作用及适宜的 Cu+/(Cu0+Cu+) 比例. 结合密度泛函理论模拟计算, 我们提出了 Cu0促进氢气解离、Cu+吸附活化碳酸乙烯酯分子中酯羰基的反应机理. 催化剂重复使用和表征结果表明, 5β-25%Cu/SiO2具有良好的稳定性, 使用前后铜粒子大小和铜物种分布几乎未发生明显变化. 本文为解决铜基催化剂高温易烧结等难题提供了简单有效的活性铜物种稳定化方法, 并为CO2经碳酸乙烯酯绿色合成甲醇、乙二醇高效稳定铜基催化新体系的构筑提供了有益借鉴.     

Cu/SiO2催化剂制备方法对其草酸二甲酯催化氢解性能的影响

以化学吸附水解法、蒸氨法和浸渍法制备了Cu/SiO2催化剂, 并用于草酸二甲酯氢解制备乙二醇的反应. 发现用化学吸附水解法制备的催化剂具有最高的催化活性和乙二醇选择性, 乙二醇得率可达92.6%. 对还原前后不同方法制备的催化剂进行表征发现, 浸渍法制备的催化剂中Cu物种不能很好地得到分散, 因此活性较差. 蒸氨法和化学吸附水解法能较好地分散Cu物种. 由于化学吸附水解法制备的催化剂的Cu0表面积较蒸氨法的大, 且Cu＋表面积相当, 故活性高于蒸氨法制备的催化剂.