助剂对合成碳酸二甲酯用活性炭负载Wacker催化剂结构和性能的影响

 以碱金属或碱土金属的盐或氢氧化物为助剂修饰活性炭(AC)负载的Wacker催化剂PdCl2-CuCl2. 甲醇气相氧化羰基化合成碳酸二甲酯(DMC)的反应活性评价结果表明,以乙酸钾(KOAc)为助剂的效果最好. 在KOAc/CuCl2摩尔比为1.0的条件下制备的催化剂用于该合成反应时,DMC的时空产率提高了5倍. XRD,SEM及EPR表征结果显示,在催化剂中加入适量的KOAc,有利于Cu2Cl(OH)3物相在载体表面的形成和分散,从而加快了催化剂活性物种Cu和Pd的氧化还原循环速度.     

无氯 Cu/AC 催化剂的制备及其催化气相甲醇氧化羰基化反应性能

 以 Cu2(NO3)(OH)3/AC (活性碳) 为催化剂前驱体, 在惰性气氛中于不同温度热处理分别制得无氯的 CuO/AC, Cu2O/AC 和 Cu0/AC 催化剂, 并用于甲醇直接气相氧化羰基化合成碳酸二甲酯 (DMC) 反应. 结果表明, 200 °C 处理制得的催化剂中, Cu 物种以 CuO 为主. 随着处理温度的升高, 催化剂中 CuO 含量逐渐降低, 而 Cu2O 含量增加; 400 °C 制备的催化剂中, Cu 物种仅以 Cu2O 形式存在; 而 450 °C 以上处理时则以 Cu0 形式存在. 随着热处理温度的提高, 相应催化剂活性逐渐增加, 表明 CuO, Cu2O 和 Cu0 均具有催化活性, 其活性大小的顺序为 CuO < Cu2O < Cu0. 在 140 °C, CO:MeOH:O2 = 4:10:1, SV = 5 600 h1 条件下, 450 °C 处理制备的 Cu0/AC 催化剂表现出较高的催化甲醇氧化羰基化活性, 其中甲醇转化率达 11.5%, DMC 的时空收率和选择性分别为 261.9 mg/(g•h) 和 76.0%.     

用于甲醇直接气相氧化羰基化的负载铜催化剂

 采用浸渍法制备了负载型铜基催化剂,并用其催化甲醇直接气相氧化羰基化合成碳酸二甲酯(DMC), 考察了浸渍溶剂、载体、助催化剂和铜含量的影响. 结果表明,以CuCl为活性组分原料、浓氨水为浸渍溶剂和活性炭为载体制得的负载铜催化剂显示出很高的催化活性,在特定的反应条件下,该催化剂上甲醇的转化率可达27.7%, DMC选择性可达95%. 分子筛负载的铜催化剂上甲醇的转化率低于1%, 但是生成DMC的选择性高达100%. 催化剂活性随着Cu负载量的增加而增大,但负载量过高可引起甲醇的过度氧化反应,导致DMC选择性下降. 催化剂中添加KOH或钯化合物,有利于提高以CuCl2为活性组分原料制得的铜催化剂的活性,但同时也促进了副反应的发生. 随着反应时间的延长,催化剂的活性组分流失,活性下降,但是生成DMC的选择性维持在95%左右.     

载体表面性质对Cu2O/AC催化剂结构和活性的影响

采用活性炭(AC)载体浸渍醋酸铜, 然后热分解制备甲醇气相氧化羰基化合成碳酸二甲酯的无氯Cu2O/AC催化剂. 用硝酸或氨水处理活性炭后, 其表面的化学性质发生了变化, 从而影响了Cu2O/AC催化剂的结构和催化活性. 实验结果表明, 硝酸或氨水改性后的活性炭表面不仅有新的含氮基团产生, 而且含氧基团C-O-C, C-O和CO-O增加, CO基团明显减少或消失. 其中, 含氮基团的供电子效应和富余的CO-O基团使负载在载体上的CuⅡ更容易被还原成CuⅠ, 有利于获得组分单一且分散较好的Cu2O负载型催化剂, 从而显著地提高了催化活性. 氨水改性的活性炭更加有利于活性物种Cu2O的分散, 能够进一步改善催化性能, 在n(CO)∶n(MeOH)∶n(O2)=4∶10∶1, SV=5600 h-1条件下, 甲醇转化率达到7.0%, DMC的时空收率为145.1 mg/(g·h), 基于甲醇的选择性为68.7%.     

活性炭表面化学性质对负载Cu颗粒性质及催化甲醇氧化羰基化反应的影响

分别以在氮气和氨气气氛下热处理得到的活性炭(AC)为载体,采用浸渍焙烧法制备了Cu/AC催化剂,考察了AC表面化学性质对催化剂组成、Cu物种颗粒尺寸以及催化甲醇氧化羰基化反应性能的影响.对AC载体和相应Cu/AC催化剂的表征结果表明,AC在氮气中于600℃热处理后表面大部分羧基被消除,有利于催化剂中Cu物种的分散和减小颗粒尺寸;进一步升高温度至800℃,AC表面部分内酯、酸酐、酚类和醚类官能团被消除,导致催化剂中Cu物种发生团聚和烧结.随着表面含氧官能团数量的减少,前驱体与载体之间的相互作用力减弱,促进Cu~(2+)还原为Cu+或Cu0.而氨气气氛下热处理会导致AC表面更多含氧官能团被消除,但同时引入了吡啶氮、吡咯氮和4价氮等含氮官能团,更利于催化剂中Cu物种的分散和减小颗粒尺寸.随着表面含氮官能团数量的增加,前驱体与载体之间的相互作用力增强,抑制了Cu~(2+)的还原.实验结果表明,催化剂的活性随着Cu物种的颗粒尺寸而改变,当以氨气气氛下于800℃热处理的AC为载体时,Cu物种的颗粒尺寸最小(6.8 nm),催化性能最佳,催化反应的甲醇转化率、碳酸二甲酯(DMC)的时空收率和选择性分别为9.6%,278.7 mg·g-1·h-1和68.3%.     

有序介孔炭负载铜基催化剂Cu/CMK-3用于气相甲醇氧化羰基化反应

通过纳米浇铸法合成了有序介孔炭CMK-3,再通过浸渍法制备了Cu/CMK-3催化剂,并将其用于气相甲醇氧化羰基化反应。N2吸附-脱附测试、X射线衍射(XRD)以及透射电镜(TEM)的表征结果表明,Cu/CMK-3具有序介孔结构,活性Cu物种均匀分散于CMK-3的表面及孔道中,粒径为10~20 nm,远小于相同条件下制备的铜/活性炭(Cu/AC)催化剂。固定床反应器的活性评价结果显示450℃下制备的Cu/CMK-3催化活性最高,反应10 h内碳酸二甲酯(DMC)的时空收率(STY)达到286 mg·g^-1·h^-1,选择性为76%。长周期活性评价结果表明Cu/CMK-3稳定性较相同条件下制备的Cu/AC有大幅提高,50 h内DMC的STY降低了20%,75 h内降低了28%。     

有序介孔炭负载铜基催化剂Cu/CMK-3用于气相甲醇氧化羰基化反应（英文）

通过纳米浇铸法合成了有序介孔炭CMK-3,再通过浸渍法制备了Cu/CMK-3催化剂,并将其用于气相甲醇氧化羰基化反应。N_2吸附-脱附测试、X射线衍射(XRD)以及透射电镜(TEM)的表征结果表明,Cu/CMK-3具有序介孔结构,活性Cu物种均匀分散于CMK-3的表面及孔道中,粒径为10～20 nm,远小于相同条件下制备的铜/活性炭(Cu/AC)催化剂。固定床反应器的活性评价结果显示450℃下制备的Cu/CMK-3催化活性最高,反应10 h内碳酸二甲酯(DMC)的时空收率(STY)达到286 mg·g~(-1)·h~(-1),选择性为76%。长周期活性评价结果表明Cu/CMK-3稳定性较相同条件下制备的Cu/AC有大幅提高,50 h内DMC的STY降低了20%,75 h内降低了28%。     

载体H+含量对CuY甲醇氧化羰基化反应性能影响

通过过量浸渍Cu(NO_3)_2溶液于Y分子筛载体上,制备出Cu负载量为6.4%的CuY催化剂,考察了甲醇氧化羰基化反应的催化性能,并采用X射线衍射(XRD)、H2程序升温还原(H2-TPR)、透射电子显微镜(TEM)和NH3程序升温脱附(NH3-TPD)等手段对催化剂表面微观结构进行了表征。研究表明,随Y分子筛载体H+含量的增加,可使更多Cu物种落位于分子筛微孔笼结构中,且高度分散,而笼内未交换的Na+能进一步促进铜物种更多落位于载体超笼结构中,形成更多甲醇氧化羰基化反应的Cu+活性中心。同时随铜物种引入,催化剂中产生了明显的中强酸,酸量随落位于载体笼结构中的Cu物种的增加而增加,催化剂总酸量随之增加,导致甲醇氧化羰基化产物分布发生改变,碳酸二甲酯(DMC)选择性明显降低。对比等体积浸渍法制备的92.3%的高DMC选择性CuY催化剂,以不含H+的NaY分子筛为载体,过量浸渍法制备的CuY催化剂酸量少、Cu物种活性中心多,在保持82.4%的高DMC选择性时,其DMC的时空收率(STY)也高达109.1mg·g~(-1)·h-1。     

助剂含量对CuLi/AC 催化剂结构及甲醇氧化羰基化反应性能的影响

采用微波辐射法制备出不同助剂含量的CuLi/AC(活性炭)催化剂, 考察了其在甲醇气相氧化羰基化合成碳酸二甲酯(DMC)反应中的催化性能, 使用X射线衍射、 扫描电子显微镜、 比表面积、 H₂程序升温还原、 X射线光电子能谱和CO程序升温脱附对催化剂的结构进行了表征. 研究结果表明, 添加适量的Li有助于铜物种还原为低价态的Cu⁰, 形成颗粒尺寸更小、 分布更加均匀的铜纳米颗粒, 并高度分散在活性炭载体表面. 催化剂活性与表面单质铜的含量有关, 即Cu⁰是催化剂的主要活性物种, 并且Cu⁰的晶粒尺寸越小, 催化剂活性越好. 添加Li后增加了催化剂表面的CO弱吸附位, 有利于CO对Cu-OCH₃的插入反应, 因此提高了催化活性. 随着Li含量的增加, DMC的时空收率逐渐升高, 当Li添加质量分数达到0.15%时, DMC的时空收率达到最高值540.6 mg·g^-1·h^-1, 甲醇转化率为4.5%, DMC选择性为81.4%.     

反应过程中Cu物种演变对其催化甲醇氧化羰基化反应活性的影响

以NH₄Y分子筛为载体、 乙酰丙酮铜为铜源, 采用固相反应法制备了无氯CuY催化剂, 并用于催化甲醇氧化羰基化合成碳酸二甲酯(DMC). 结合不同反应时间催化剂的X射线衍射(XRD)、 N₂吸附-脱附、 热重(TG)、 程序升温脱附/还原(NH₃-TPD/H₂-TPR)、 透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)等表征结果, 分析了反应过程中Cu物种演变对其催化活性的影响. 结果表明, 新鲜催化剂中铜物种主要以Cu⁺形式存在, 占铜物种的48%; 随着反应的进行, 活性中心Cu⁺逐渐被氧化为Cu²⁺, 进而生成CuO物种, 部分CuO逐渐迁移至催化剂外表面. 在反应100 h内, Cu⁺含量逐渐减小至36.7%, CuO含量增加, 导致DMC的时空收率及选择性不断下降, 副产物二甲氧基甲烷(DMM)和甲酸甲酯(MF)的选择性逐渐提高. 当反应时间延长至190 h时, Cu⁺含量为33.6%, 略有下降, DMC的时空收率和选择性趋于平稳. 继续延长反应时间至300 h, 催化剂中铜物种状态基本不变, 催化剂催化性能保持稳定.     

A Study on Kinetics of the Bronze Powder-Corrosion Development

HCl acid was applied to the surface of the self-prepared Cu-Sn-Pb alloy, and the methods of IR-REF, IR-PAS, XRD, SPM, SEM, TEM and pH were employed to study the forming process and the developing speed of the bronze powder-corrosion Cu_2(OH)_3Cl (PC). It is found that the corrosion develops fast in acid environment at room temperature; the corrosion Cu_2(OH)_3Cl with valence Cu~(2+) forms from alloy through the intermediate corrosion CuCl with valence Cu~+; PC is contagious, which can pollute the fresh bronze alloy from the corroded sample by air; when CuCl is oxidized to produce Cu_2(OH)_3Cl, Cu~(2+) cation forms at the same time, and both the oxidizing reactions have zero-order reaction with respect to O_2 in the air; the P1 formation reaction has first-order reaction with respect to Cull; in enormous distilled water Cu_2(OH)_3Cl forms from CuCl through the intermediate product Cu_2O.All the results above are discussed in the present article, and the mechanism of PC formation is studied further. The r     

Synthesis of dimethyl carbonate by vapor phase oxidative carbonylation of methanol over Cu-based catalysts

Dimethyl carbonate (DMC) synthesis reaction by oxidative carbonylation of methanol has been studied using vapor phase flow reaction system in the presence of Cu-based catalysts. A series of Cu-based catalysts were prepared by the conventional impregnation method using activated carbon (AC) as support. The effect of various promoters and reaction conditions on the catalytic reactivities were intensively evaluated in terms of methanol conversion and DMC selectivity. The morphological analysis by X-ray diffraction and SEM was also conducted in order to characterize the emloyed catalysts. Regardless of catalyst compositions, the optimal reaction temperature for oxidative carbonylation of methanol was found to be around 120–130°C. The reaction rate was too slow below 100°C, while too much by-products was produced above 150°C. Among the various catalysts employed, CuCl₂/NaOH/AC catalyst with the molar ratio of OH/Cu=0.5–1.0, has shown the best catalytic performance, which appears to have a strong relationship with the formation of intermediate species, Cu₂(OH)₃Cl.     

加料方式对CuO/ZnO/Al2O3系催化剂前驱体性质的影响

用XRD、TG-DTG、TPR技术研究了不同加料方式对CuO/ZnO/Al2O3系催化剂前驱体物相组成及其结晶情况的影响，用加压微反装置考察了催化剂合成甲醇反应活性。结果表明, 加料方式对Cu2+形成的中间化合物的物相组成及结晶度影响显著,对Zn2+及Al3+的沉淀物相的影响很小。不同加料方式对催化剂前驱体物相组成及催化剂性能的影响主要是形成的初始前驱体中Cu的物相及结晶度不同。正加法主要形成Cu2(OH)3NO3,并流法主要形成无定形Cu2CO3(OH)2,后者与Zn5(CO3)2(OH)6相互作用转化为(Cu,Zn)2CO3(OH)2和（Cu,Zn）5(CO3)2(OH)6，由它们分解形成的CuO-ZnO固溶体是合成甲醇反应的活性相。并流法能最大程度的形成CuO-ZnO固溶体，有利于CuO粒子的细化，其催化活性较好。     

Effects of potassium promoter on the performance of PdCl_2–CuCl_2/AC catalysts for the synthesis of dimethyl carbonate from CO and methyl nitrite

The effect of potassium(K) promoter on the catalytic performance of activated carbon(AC) supported Wacker-type catalysts(Pd Cl2–Cu Cl2/AC) for the synthesis of dimethyl carbonate(DMC) from CO and methyl nitrite(MN) was investigated by means of N2 adsorption, H2-temperature-programmed reduction(H2-TPR), and X-ray photoelectron spectroscopy(XPS). The experimental results showed that the space time yield of DMC on Wacker-type catalysts with different K promoters ranked in the following order: KCl KOH CH3 COOK K2CO3. Especially, the addition of KCl significantly improved the catalytic activities of Pd Cl2–Cu Cl2/AC catalyst for DMC synthesis from CO and MN. N2 adsorption data indicated that the addition of K promoters did not change the textural properties of Wacker-type catalysts greatly. H2-TPR and XPS results demonstrated that the existence of KCl promoted the reducibility of Cu2+species and increased the proportion of Cu2+species on catalyst surface, which is favorable for oxidizing Pd0 to active Pd2+. Further, the addition of KCl benefited the reactivity of Pd Cl2–Cu Cl2/AC catalyst for DMC synthesis from CO and MN.     

负载型Sn2(OMe)2Cl2/SiO2催化剂的制备、表征与催化合成碳酸二甲酯

采用表面改性法制备了负载型Sn2(OMe)2Cl2/SiO2双核桥联配合物催化剂,用IR,TPD和微量反应技术研究了催化剂的表面结构、化学吸附性能和反应活性.结果表明,双核桥联配合物Sn2(OMe)2Cl2以O(Me)为桥,Cl为配体,并以Sn-O-Si形式键合到SiO2表面上;CO2与催化剂表面的金属离子Sn4+和桥基配体OMe的O2-形成桥式和甲氧碳酸酯基两种吸附态,CH3OH与催化剂表面的金属离子Sn4+仅形成一种分子吸附态;在413K以下,CO2和CH3OH在Sn2(OMe)2Cl2/SiO2催化剂表面上以近100%的选择性生成碳酸二甲酯;CO2在催化剂表面形成的甲氧碳酸酯基吸附态是生成DMC的关键物种,其与在同一活性中心的分子吸附态甲醇的反应决定了催化剂的活性和产物选择性.