用原位红外技术研究Ag-MoO3/ZrO2催化丙烯气相环氧化反应

制备了对丙烯直接气相环氧化具有优良催化性能的Ag-MoO₃/ZrO₂催化剂, 采用原位FT-IR技术研究了丙烯、环氧丙烷及丙烯和氧气混合气在载体和催化剂上的吸附及反应行为. 研究表明, 丙烯在ZrO₂载体和20%Ag-4%MoO₃/ZrO₂催化剂上吸附后, 均不发生化学反应, 而环氧丙烷在ZrO₂载体上吸附后于400 ℃发生开环反应, 在20%Ag-4%MoO₃/ZrO₂催化剂上吸附后于300 ℃发生开环反应. 当丙烯和氧气混合气在ZrO₂载体上共吸附后, 随着反应温度从室温升高至400 ℃, 二者开始反应生成CO₂和H₂O; 混合气在20%Ag-4%MoO₃/ZrO₂催化剂上共吸附后于350 ℃开始反应. 对比非负载型Ag-MoO₃催化剂的研究结果可见, ZrO₂载体的存在使催化剂的活性下降的同时, 提高了对产物环氧丙烷的选择性.     

热扩散法制备MoO3/SiO2催化草酸二甲酯和苯酚酯交换反应

采用热扩散法（TS）和等体积浸渍法制备了MoO₃/SiO₂催化剂用于草酸二甲酯和苯酚酯交换反应.结果表明,热扩散法制备的10%MoO₃/SiO₂-TS催化剂较等体积浸渍法制备的10%MoO₃/SiO₂-C催化剂具有更好的催化性能.运用X射线衍射、Raman光谱、X射线光电子能谱分析、吡啶吸附红外光谱、NH₃程序升温脱附等手段对催化剂进行了表征,发现虽然两种方法制备的催化剂都只有弱Lewis酸中心,钼均以氧化钼单体形式存在,未形成解离和聚合,但是10%MoO₃/SiO₂-TS催化剂较10%MoO₃/SiO₂-C催化剂表面钼含量更高且MoO₃分散得更好.在苯酚用量为0.2mol,10%MoO₃/SiO₂-TS催化剂用量为1.2g,反应温度为180℃,草酸二甲酯与苯酚的摩尔比为2,反应时间为4h的优化条件下,苯酚转化率可达70.9%,甲基苯基草酸酯和草酸二苯酯的收率分别达63.1%和7.7%.     

国产航空煤油裂解催化剂Pt/ZrxTixAl1-2xO2的性能

采用共沉淀法制备了一系列Zr_xTi_xAl_1-2xO₂复合氧化物载体材料,考察了其作为裂解催化剂载体对航空煤油裂解反应的影响.?采用全自动吸附仪、X射线衍射、扫描电镜/能谱仪联用、NH₃-程序升温脱附等手段对催化剂进行了表征.?结果表明,当ZrO₂：TiO₂：Al₂O₃质量比为1：1：3时催化剂具有最大的比表面积和孔容;具有最强的表面酸性和最集中的强酸中心密度,且具有良好的再生功能.?实验结果表明,载体ZrO₂：TiO₂：Al₂O₃质量比为1：1：3时催化剂上650?℃裂解产气量较热裂解提高了2.1倍,700?℃时提高1.4倍.?另外,该系列载体材料经1000?℃焙烧5?h后,所制得的催化剂几乎失去了催化活性.     

Pt/ZrO2-Al2O3催化剂催化氧化C3H6和CO性能

采用共沉淀法合成了ZrO₂与Al₂O₃的不同质量比的ZrO₂-Al₂O₃复合氧化物,并以此为载体通过等体积浸渍法制备了1.5% Pt/ZrO₂-Al₂O₃（w/w）催化剂。以C₃H₆和CO为反应物的催化性能评价显示,在系列催化剂中以Pt/Zr（0.4）-Al催化剂催化氧化活性最为优异,其C₃H₆和CO的起燃温度（T₅₀）小于125℃,完全转化温度（T₉₀）小于150℃。采用XRD、低温N₂吸附、H₂-TPR、CO脉冲吸附等分析表征技术探索了催化剂物相结构、比表面积、颗粒尺寸等对催化活性的影响规律。结果发现,ZrO₂-Al₂O₃复合氧化物具有Al₂O₃材料的介孔织构和大比表面积特性,且产生了Al_xZr_1-xO_y固溶体新物相。适当的ZrO₂与Al₂O₃的质量比,是改善Pt与ZrO₂-Al₂O₃的相互作用强度,促进贵金属Pt的分散,提升Pt/ZrO₂-Al₂O₃催化剂的低温氧化活性的关键。     

丙烯、氧气和环氧丙烷在Cu-NaCl/SiO2催化剂上吸附的红外光谱研究

 用红外光谱法研究了丙烯、丙烯/氧气混合气以及环氧丙烷(PO)在Cu-NaCl/SiO2催化剂上的吸附. 结果表明,丙烯在载体和催化剂上的吸附是完全可逆的. 丙烯和氧气在催化剂上共吸附后生成了丙烯醛,未观察到环氧丙烷(PO)生成. PO在载体和未还原催化剂上的吸附行为表明,PO与载体的硅羟基有强相互作用,PO发生开环反应生成开环物种. 而PO在还原态催化剂上的吸附行为较复杂,可能生成了酮类化合物.     

Pt/ZrO2-Al2O3催化剂催化氧化C3H6和CO性能

采用共沉淀法合成了ZrO₂与Al₂O₃的不同质量比的ZrO₂-Al₂O₃复合氧化物,并以此为载体通过等体积浸渍法制备了1.5% Pt/ZrO₂-Al₂O₃（w/w）催化剂。以C₃H₆和CO为反应物的催化性能评价显示,在系列催化剂中以Pt/Zr（0.4）-Al₂O₃催化剂催化氧化活性最为优异,其C₃H₆和CO的起燃温度（T₅₀）小于125℃,完全转化温度（T₉₀）小于150℃。采用XRD、低温N₂吸附、H2-TPR、CO脉冲吸附等分析表征技术探索了催化剂物相结构、比表面积、颗粒尺寸等对催化活性的影响规律。结果发现,ZrO₂-Al₂O₃复合氧化物具有Al₂O₃材料的介孔织构和大比表面积特性,且产生了Al_xZr_1-xO_y固溶体新物相。适当的ZrO₂与Al₂O₃的质量比,是改善Pt与ZrO₂-Al₂O₃的相互作用强度,促进贵金属Pt的分散,提升Pt/ZrO₂-Al₂O₃催化剂的低温氧化活性的关键。     

Li2ZrO3材料吸收CO2性能的进一步研究

用不同结构的ZrO₂合成了一系列在高温下吸收CO₂的Li₂ZrO₃材料，并详细的研究了反应物质的物理和化学性质对生成物吸收CO₂性能的影响。采用SEM、XRD以及TG分析法分别进行了材料结构及其吸收CO₂性能的表征，并使用XPS法测定了材料表面的元素组成。实验结果表明，使用不同结构的ZrO₂合成的Li₂ZrO₃，其吸收CO₂的性能明显的不同。用ZrO₂(t)(四方)合成的Li₂ZrO₃吸收CO₂的速度快，在500 ℃下，20% CO₂（80%空气）的气氛中保持3h，其吸收量可达25（±0.6）%（wt），而以ZrO₂(m)(单斜)为原料制备的Li₂ZrO₃在上述吸收条件下重量仅增加9（±0.6）%（wt）。此外，实验结果还表明化学元素的掺杂对用ZrO₂(m)合成的Li₂ZrO₃的CO₂吸收速度及吸收容量影响较大。     

纳米SO42-/ZrO2的合成及其在酯交换反应中的催化性能

采用两步晶化-后浸渍法合成了纳米SO₄^2-/ZrO₂固体酸催化剂,并考察了其在植物油与甲醇酯交换反应中的催化性能。XRD、N₂吸附-脱附和TEM等结果表明,经过600℃焙烧,催化剂仍保持单一四方相,粒径大小为5~10 nm,比表面积为137 m²·g^-1,孔径为3.6 nm。NH₃-TPD结果表明,随着焙烧温度升高,催化剂表面的酸含量和酸强度逐渐增加,超强酸含量的增加,更有利于反应在温和条件下进行。在酯交换反应中,当醇油物质的量之比为20：1,反应温度为135℃,反应时间为6 h,600℃焙烧后催化剂用量为5%（w/w）时,植物油能够完全转化为脂肪酸甲酯。与传统的SO₄^2-/ZrO₂催化剂相比,该催化剂在低温反应条件下具有更高的催化性能和良好的重复使用性。     

丙烯、氧气和环氧丙烷在Cu-NaC1／SiO2催化剂上吸附的红外光谱研究

用红外光谱法研究了丙烯、丙烯／氧气混合气以及环氧丙烷(PO)在Cu-Nacl／SiO2催化剂上的吸附，结果表明，丙烯在载体和催化剂上的吸附是完全可逆的，丙烯和氧气在催化剂上共吸附后生成了丙烯醛，未观察到环氧丙烷(PO)生成，PO在载体和未还原催化剂上的吸附行为表明，PO与载体的硅羟基有强相互作用，PO发生开环反应生成开环物种，而PO在还原态催化剂上的吸附行为较复杂，可能生成了酮类化合物。     

ZrO4/SiO2-Al2O3催化肉桂醛MPV转移加氢性能

以九水合硝酸铝（Al（NO₃）₃·9H₂O）与正硅酸乙酯（TEOS）为前驱盐,采用溶胶-凝胶法制备一系列不同Al₂O₃含量的SiO₂-Al₂O₃复合氧化物,并通过浸渍硝酸氧锆引入ZrO₂,制备ZrO₂/SiO₂-Al₂O₃复合氧化物催化剂,考察催化剂在肉桂醛（CAL）MPV转移加氢中的催化性能,并结合N₂物理吸附、X射线粉末衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、NH₃-程度升温脱附（NH₃-TPD）、Py-原位红外（Py-IR）等技术,研究催化剂结构、织构以及表面性质与其催化性能间的构效关系.研究表明,所制备的催化剂均以L酸为主,并含有少量B酸中心,这使得加氢产物以肉桂醇（COL）为主,并含有少量1-苯丙烯-2-丙基醚（CPE）.Al₂O₃含量不仅影响催化剂表面的酸中心数量,而且对催化剂的织构参数有较大影响.随Al₂O₃含量的增加,催化剂表面L酸与B酸中心均有所增加,而孔径则持续变小,这使得催化反应呈现CAL转化率先增加后减少、目标产物COL选择性先稍有减小后有所增加的趋势.在Si/Al比为2时,催化剂具有最优的催化性能,优化反应条件下,CAL转化率达96%,目标产物COL选择性达90%.     

Effect of additive in feedstock on performance of Ag-MoO3/ZrO2 catalyst for propylene epoxidation by molecular oxygen

Summary The performance of the Ag-MoO₃/ZrO₂ catalyst for propylene epoxidation by molecular oxygen is influenced obviously by the composition of feedstock. As an additive in feedstock, the presence of organic chloride, CO₂, NO_x or H₂ at a suitable concentration can improve the catalytic performance of Ag-MoO₃/ZrO₂ catalyst for the propylene epoxidation.      

改性Ag/α-Al_2O_3催化丙烯气相环氧化反应

制备了以分子氧为氧化剂,对丙烯气相环氧化具有较好催化性能的改性负载银催化剂,并利用氧气程序升温脱附(O2-TPD)技术研究了氧在其表面上的脱附行为.实验结果表明:Ag/α-Al2O3催化剂只能使丙烯完全氧化成二氧化碳和水;当该催化剂用K2O改性后,可获得少量的环氧丙烷;Y2O3改性的Ag/α-Al2O3催化剂,可获得极少量的丙醛和丙酮;将0.1%(w)Y2O3添加到Ag-K2O/α-Al2O3后,可以显著提高催化剂的丙烯环氧化性能.在0.1MPa、245℃、20%C3H6/8%O2/72%N2和气体空速2000h-1的反应条件下,通过20%(w)Ag-0.1%Y2O3-0.1%K2O/α-Al2O3催化剂时,丙烯转化率为4.0%,环氧丙烷的选择性为46.8%.O2-TPD研究表明,少量的Y2O3、K2O或Y2O3-K2O作为助剂添加到20%Ag/α-Al2O3催化剂中时,减少了高温区与丙烯完全氧化有关的吸附氧物种的量,低温区余下的吸附氧物种量不变,有利于丙烯环氧化反应,提高了环氧丙烷的选择性.     

反应控制相转移催化原位过氧化氢环氧化丙烯反应

 以原位 H₂O₂ 为氧源, 在新型反应控制相转移催化剂 (RCPTC) 作用下丙烯环氧化反应中, 考察了反应温度、反应时间、H₂O₂ 浓度和催化剂浓度对反应性能的影响. 结果表明, 在适宜的反应条件下, RCPTC 催化剂循环使用 5 次后, 环氧丙烷产率仍维持在 85.6% 以上, 且催化剂循环反应 3 次后, 其组成趋于稳定.     

硼氢化稀土-二乙基锌-甘油三元体系催化环氧丙烷与 CO2 共聚反应

 由硼氢化稀土、二乙基锌和甘油制备了三元体系 Ln(BH₄)₃•3THF-ZnEt₂-Gly (甘油) 用于催化环氧丙烷 (PO) 与 CO₂ 共聚反应, 详细考察了催化剂组成、不同稀土元素和溶剂性质对聚合反应的影响. 通过正交试验优化的催化剂组成和聚合条件为: Y(BH₄)₃•3THF-ZnEt₂-Gly (摩尔比 = 3:60:20) 催化剂, 乙二醇二甲醚溶剂, PO/Y 摩尔比 1000, [Y] = 6.67 mmol/L, p(CO₂) = 3.0 MPa, 80^oC, 6 h. 最高催化效率可达 4908 g /(mol•h); 碳酸酯含量为 95.7%, 数均分子量为 6.97x10⁴.     

溶胶-凝胶伴随相分离制备SiO2多孔块体

以正硅酸甲酯(TMOS)为前驱体, 0.01 mol·L^-1盐酸(HCl)为催化剂, 环氧丙烷(PO)为凝胶促进剂, 粘均分子量(M_v)为10000的聚氧化乙烯(PEO)为相分离诱导剂, 采用溶胶-凝胶伴随相分离制备SiO₂多孔块体材料,利用差热分析(DTA)、傅里叶变换红外(FT-IR)光谱、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、汞压、N₂吸附/脱附等测试技术对所制得的SiO₂多孔块体进行了表征, 探讨了环氧化物调控溶胶-凝胶以及PEO诱导相分离机理. 结果表明, 加入PEO能诱导SiO₂凝胶发生相分离, 当PEO/TMOS摩尔比为0.0018时, 可以获得共连续多孔结构的SiO₂块体材料, 其大孔孔径分布在1-3 μm之间, 比表面积达719 m²·g^-1, 孔体积为0.48 m³·g^-1. 环氧丙烷因其环氧原子的强亲核性和不可逆的开环反应, 促进溶胶-凝胶转换, 同时借助吸附在SiO₂低聚物上的PEO诱导SiO₂凝胶相分离, 从而制备共连续大孔及骨架结构的多孔块体.     

分子氧气相环氧化丙烯反应的Ag-Cu-Cl/BaCO3催化剂:Cu和Cl负载量的影响

环氧丙烷(PO)是一种重要的有机化工中间体,可以用来生产聚氨酯、丙二醇和表面活性剂等化工产品,具有很高的工业应用价值.然而,目前PO的生产工艺仍然存在着环境污染、副产物、原料经济性等不足之处.考虑到环保、技术、资金等关键性问题,丙烯气相环氧化工艺是PO生产工艺未来的发展方向,利用分子氧作为氧化剂的丙烯气相环氧化反应是最理想、原子经济性最高的反应,也是当今催化界最具挑战性的课题之一.研究报道Ag基催化剂和Cu基催化剂催化丙烯气相环氧化反应可得到较好的催化性能.尽管Ag催化剂催化乙烯氧化制环氧乙烷反应已成功实现工业化,但是Ag催化剂催化丙烯环氧化反应得到的PO选择性低于10%,这是由于丙烯比乙烯多出的甲基中的α-H受双键影响变得非常活泼,C?H键易断裂,导致丙烯容易发生完全氧化反应生成CO2.因此,研究报道采用不同助剂对Ag催化剂进行改性以提高Ag基催化剂的催化性能.我们在前期研究中制备了Ag-CuCl2/BaCO3催化剂,当CuCl2的负载量为0.036 wt%Cu和0.040 wt%Cl时,催化剂具有最优的催化性能,可以得到1.3%的丙烯转化率和71.2%的PO选择性.适量CuCl2的改性使得催化剂表面吸附分子氧物种,同时抑制原子氧物种的形成,从而提高PO选择性.但是CuCl2作为前驱体有一个不足之处,就是引入的Cu和Cl的比例是恒定的,不可调节.因此,我们以Cu(NO3)2和NH4Cl作为Cu和Cl的前驱体,采用还原-沉积-等体积浸渍法制备Ag-Cu-Cl/BaCO3催化剂,分别通过调节Cu和Cl的负载量来进一步提高Ag-Cu-Cl/BaCO3催化剂的催化性能,采用粉末X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和氧气程序升温脱附(O2-TPD)等表征手段来研究催化剂中Cu和Cl的作用.研究发现,Cl负载量的提高更容易导致大尺寸Ag颗粒的形成,而Cu负载量的提高对Ag颗粒尺寸影响不大.适当的Cl负载量可抑制氧气在催化剂表面解离吸附形成原子氧物种,从而抑制了丙烯的完全氧化,提高PO选择性.过高的Cl负载量会导致催化剂发生Cl中毒,从而降低了催化性能.适当的Cu负载量有利于丙烯气相环氧化反应生成PO,但当Cu负载量过高时容易导致Cu物种发生聚集,更多原子氧物种吸附于Ag颗粒表面,有利于丙烯完全氧化反应生成CO2,降低了PO选择性.适当的Cu和Cl负载量使得催化剂表面吸附的分子氧物种和原子氧物种达到平衡,有利于丙烯气相环氧化反应.当Cu和Cl负载量分别为0.036 wt%和0.060 wt%时,Ag-Cu-Cl/BaCO3催化剂具有最优的催化性能,在200℃,0.1 MPa,3000h-1反应条件下可得到1.2%的丙烯转化率和83.7%的PO选择性.     

(ZrO2)0.86(Sm2O3)0.14纳米粉体的水热法合成及其烧结体的电性能

以湿化学法制得Zr(OH)₄和Sm(OH)₃的共沉淀为前驱体, 在碱性介质中用水热法合成了(ZrO₂)_0.86(Sm₂O₃)_0.14及(ZrO₂)_0.88(Sm₂O₃)_0.12纳米粉体. 将纳米粉体在较低温度(1450 ℃)下烧结制得了致密的固体电解质陶瓷样品, 比通常高温固相反应法采用的烧结温度(＞1600 ℃)降低了150 ℃以上. XRD测定结果表明, (ZrO₂)_0.86(Sm₂O₃)_0.14纳米粉体及其烧结体均为立方相, 但(ZrO₂)_0.88(Sm₂O₃)_0.12纳米粉体为立方相, 它的烧结体为立方相和单斜相的混合相. 用交流阻抗谱法、氧浓差电池法及氧泵(氧的电化学透过)法研究了(ZrO₂)_0.86(Sm₂O₃)_0.14陶瓷样品在600～1000 ℃下的离子导电特性. 结果表明, 该陶瓷样品在600～1000 ℃下氧离子迁移数为1, 氧离子电导率的最大值为3.2×10^－2 S•cm^－1, 是一个优良的氧离子导体; 它的氧泵性能明显地优于YSZ.     

Kinetics of catalytic combustion in air over Pt/Al2O3/Al catalyst

Summary Catalytic combustion of toluene, propylene and CO over Pt/Al₂O₃ /Al catalyst was investigated. Strong inhibition effects are observed when the mixture of toluene, propylene and CO is oxidized. A reaction mechanism of catalytic combustion over Pt/Al₂O/Al is proposed. The results from kinetic models are in good agreement with the experimental data.