XO~4^2-/ZrO~2固体超强酸催化剂上的正构烷烃反应

本文考察了SO~4^2-/ZrO~2固体超强酸催化剂上正构烷烃的反应及影响催化剂活性和选择性和各种因素。结果表明: 烷烃的骨架异构化和裂解反应在催化剂上同时进行, 烷烃的碳原子数增加, 催化剂活性提高, 裂解反应比例增加, 降低反应温度有利于骨架异构化反应; 同时催化剂的反应性能与含水量关系十分密切, 完全脱水的催化剂活性很低, 少量水的存在有利于提高催化活性, 过量的水又可使催化剂失活。根据催化剂的热重分析、红外光谱和反应数据, 提出低温时正戊烷反应主要在催化剂表面B酸位上进行, 随着反应温度升高和烷烃碳原子数增加, 催化剂表面的L酸位才显示一定的活性。     

XO~4^2-/ZrO~2固体超强酸催化剂上的正构烷烃反应

本文考察了SO~4^2-/ZrO~2固体超强酸催化剂上正构烷烃的反应及影响催化剂活性和选择性和各种因素。结果表明: 烷烃的骨架异构化和裂解反应在催化剂上同时进行, 烷烃的碳原子数增加, 催化剂活性提高, 裂解反应比例增加, 降低反应温度有利于骨架异构化反应; 同时催化剂的反应性能与含水量关系十分密切, 完全脱水的催化剂活性很低, 少量水的存在有利于提高催化活性, 过量的水又可使催化剂失活。根据催化剂的热重分析、红外光谱和反应数据, 提出低温时正戊烷反应主要在催化剂表面B酸位上进行, 随着反应温度升高和烷烃碳原子数增加, 催化剂表面的L酸位才显示一定的活性。     

不同链长正构烷烃在Pt/SAPO-11催化剂上的临氢转化规律研究

采用SAPO-11分子筛制备的双功能催化剂,以碳链长度为10-14的正构烷烃为模型化合物,探索了不同碳数的长链正构烷烃临氢转化反应规律。结果表明,低温下不同碳数的正构烃都表现出较高的异构化选择性,改变反应温度使反应转化率控制在85%以下时,正构烷烃的异构化选择性可以达到90%左右;随着碳数和温度升高,正构烷烃由于发生明显的裂化反应导致转化率提高和异构化选择性降低。采用SAPO-11分子筛催化材料的双功能催化剂具有明显的产物择形异构效应,异构化产物以甲基位于端位和碳链中心的单侧链异构体为主,双(多)支链产物较少。长链正构烷烃在Pt/SAPO-11催化剂上的裂化反应在低转化率以加氢裂化为主,裂化产物的碳数呈均匀分布;在高转化率下以酸催化裂化为主,裂化产物的碳数分布呈现明显的不对称分布特征。     

MoO3和Nb2O5助剂对Pt/ZrO2催化剂上短链烷烃燃烧反应的不同促进作用

贵金属Pt催化剂具有高活性和热稳定性,广泛应用于催化挥发性有机物的完全氧化反应(燃烧反应).短链烷烃(甲烷、乙烷、丙烷等)化学性质稳定,是最难氧化的一类有机物,常用作考察燃烧反应催化剂性能的模型反应物.然而,目前报道的研究工作通常仅限于针对某一种烷烃底物的催化燃烧,系统考察催化剂以及助剂对不同短链烷烃的催化燃烧活性鲜有报道.在短链烷烃中,甲烷只有C–H键;而其它烷烃除了C–H键;还有C–C键.因此,研究催化剂对甲烷、乙烷和丙烷燃烧反应催化性能的差异性,对于认识催化剂上C–H键和C–C键的活化具有非常重要的意义.本文制备了MoO3或Nb2O5修饰的Pt/ZrO2催化剂并用于短链烷烃的燃烧反应.研究发现,MoO3助剂对甲烷燃烧有明显的抑制作用,但对乙烷,丙烷和正己烷燃烧反应具有促进作用,促进作用随着烷烃碳链的增长逐渐增加;Nb2O5助剂对甲烷、乙烷、丙烷和正己烷燃烧反应均具有促进作用,然而促进作用随着碳链的增长而逐渐减弱.MoO3和Nb2O5助剂的不同促进作用与助剂影响催化剂表面酸性以及Pt物种的氧化或还原态有关.NH3-TPD结果表明,MoO3助剂可以显著增加Pt/ZrO2催化剂表面强酸位点数量,而Nb2O5助剂可以显著增加Pt/ZrO2催化剂表面中强酸位点数量.HTEM结果表明,两种助剂的添加都不会明显改变Pt物种的颗粒尺寸.在Pt-Mo/ZrO2催化剂上,MoO3覆盖部分Pt物种形成丰富的Pt-MoO3界面,促进了金属Pt物种和强表面酸性位点的生成,提高了丙烷燃烧反应活性;Pt-Nb/ZrO2催化剂上载体表面的部分Nb2O5被Pt物种包覆,使得生成的表面Pt-Nb2O5界面低于Pt-Mo/ZrO2催化剂,但由于催化剂表面酸性位的提升,也促进了丙烷燃烧反应活性的提高.XPS结果表明,在甲烷燃烧反应中,Pt-Nb/ZrO2催化剂上Ptn+物种能够更加稳定地存在,这可能是Nb2O5助剂提高Pt-Nb/ZrO2催化剂上甲烷燃烧活性的关键.而Pt-Mo/ZrO2催化剂上Ptn+物种在甲烷反应中可以更容易地被还原,并且由于MoO3的包裹导致暴露的Pt位点数量降低,使催化剂催化甲烷燃烧的活性受到抑制.可见,MoO3助剂更有利于C–C键活化,而Nb2O5助剂更有利于高键能的C–H键活化.综上,本文系统性地研究MoO3助剂和Nb2O5助剂对Pt/ZrO2催化剂上不同短链烷烃的燃烧反应的影响,证实了两种助剂的促进作用与碳链长度的关系是截然不同的.     

烷烃加氢异构化反应

综述了烷烃加氢异构化反应中的正碳离子异构和裂化机理、孔口与钥匙锁催化、择形催化及双分子机理,详细论述了分子筛基双功能催化剂酸性、金属、金属酸位比、孔道、晶粒尺寸和催化剂改性对烷烃加氢异构反应活性、异构选择性等的影响。论述了近期烷烃加氢异构催化剂改性的新方法。提出针对不同催化剂体系,根据反应机理提高异构催化剂活性和选择性的途径。     

分子筛催化剂上正十六烷的临氢异构化反应

 对分子筛催化剂上正十六烷的临氢异构化反应进行了研究，考察了不同分子筛催化剂的活性和选择性，并对临氢异构化反应的产物分布进行了分析．在此基础上，对正十六烷的临氢异构化反应机理进行了初步探讨．结果表明，正十六烷在中孔分子筛催化剂上的临氢异构化反应主要在分子筛外表面和孔口进行，分子筛的择形作用对异构选择性的影响有限．这与一般情况下低分子量正构烷烃在择形分子筛上的临氢异构化反应有所不同．临氢异构化反应的异构选择性主要取决于催化剂酸性组分的酸性质，弱酸和中等强度的酸对异构化反应有利，而催化剂的活性则由酸性组分中B酸中心的数量和加氢组分的活性共同决定．     

二氧化碳氧化剂在烷烃催化转化反应中的应用研究进展

本文综述了近年来国内外有关利用二氧化碳作为氧化剂在烷烃催化转化反应中的研究状况。担载型的金属氧化物催化剂具有较好的催化活性。催化剂表面碱性位的存在可稳定活性中心并且有利于CO2的活化，CO2的作用是与烷烃脱氢产物H2和生成的表面积炭反应，从而提高反应活性及催化剂的稳定性。     

Zn改性的Pt/SAPO-11催化剂及其提高二甲基烷烃选择性

随着环保法规的日益苛刻,世界各国对发动机燃料指标的要求也越来越严格,汽油组分中的烯烃含量逐渐被限制.作为提高汽油辛烷值的有效手段,正构烷烃的临氢异构化越来越引起人们的重视.烷烃碳数相同时,具有多支链的异构体往往具有更高的辛烷值.因此,在正构烷烃临氢异构化过程中,提高多支链异构体的选择性具有重要意义.Pt/SAPO-11作为双功能催化剂具有适宜的孔结构、温和的酸性和适度的加氢脱氢活性,在烷烃临氢异构化反应中表现出色,得到了广泛研究.已有文献报道中,通过添加第二金属改性可以调节双功能催化剂的物理化学性质,进而影响其催化活性和产物选择性.为了提高异构产物选择性,特别是多支链异构产物的选择性,本文研究了Zn改性的Pt/SAPO-11催化剂在正辛烷临氢异构化中的反应性能,与未改性的Pt/SAPO-11催化剂相比,Zn改性的Pt/SAPO-11催化剂表现出更高的二甲基烷烃选择性.通过动态合成方法合成SAPO-11分子筛,进而制备Zn改性的Pt/SAPO-11催化剂.XRD表征表明,Pt和Zn的引入基本没有引起SAPO-11特征峰改变,并且未发现Pt和Zn氧化物的特征峰,说明金属组分得到很好的分散.氮气吸附-脱附实验表明,随着Zn添加量的增加,载体的比表面积和孔体积略有减少.NH3-TPD和吡啶红外光谱用于表征Zn的加入对催化剂酸性的影响,结果表明,少量Zn的添加可以增加酸量,这是由于Zn的引入可以产生L酸性位;而随着Zn的增加,总酸量减少,这是由于过多的Zn覆盖了载体的酸性位.H2-TPR和H2-TPD表征发现,Zn的引入使得Pt在高温处的还原峰减小,说明Zn改变了Pt在载体上的位置,使其主要负载在分子筛外表面.由于Zn2+是阳离子并具有较小的离子半径,它可以作为竞争吸附剂,首先进入分子筛孔道从而抑制了Pt进入分子筛孔道.H2-TPD表明,Zn的引入使得H2的脱附温度逐渐降低,这与Zn增加了Pt的分散度有关;但是当Zn的添加量达到0.7%时,H2的脱附温度升高,同时溢流氢增加.以正辛烷为模型化合物,在固定床高压微型反应装置中对一系列催化剂进行了评价,考察了Zn改性的Pt/SAPO-11催化剂和未改性的Pt/SAPO-11催化剂的催化性能.与未改性催化剂相比,Zn改性的催化剂在相同转化率条件下,异辛烷的选择性基本相同,但是二甲基己烷的选择性明显提高.当Zn的添加量为0.5%时,二甲基己烷选择性达到最大值,继续提高Zn的添加量,其选择性下降.值得注意的是,在相同反应条件下,未改性的催化剂具有更高的正辛烷转化率.我们分析认为,由于Zn的添加促进了二甲基己烷的产生,而其具有较大的分子尺寸,在反应中存在扩散问题,影响了改性催化剂的异构化活性.本文工作表明,适宜的Zn添加量有利于提高二甲基烷烃的选择性,对于提高汽油辛烷值具有重要意义.     

无溶剂路线制备分子筛封装的钴基催化剂及其在费托合成制汽油反应中的应用（英文）

自2012年浙江大学肖丰收教授(J.Am.Chem.Soc.,2012,134,15173-15176)首次提出无溶剂法合成分子筛以来,该路线已备受关注.无溶剂合成分子筛方法具有废液少、产率高、安全系数高等优点.本文针对合成气经费托路线(FTS)一步法制备富含异构烷烃汽油馏分的研究,通过无溶剂研磨法制备了分子筛封装金属催化剂.一般来说,烷烃异构化催化剂的性能主要取决于分子筛的孔道结构及其酸性,其次是分子筛晶粒大小、结晶度和表面性质等因素.本文对比了三种具有相同拓扑结构的MFI分子筛(Silicalite-1,HZSM-5和NaZSM-5)对汽油和异构烷烃选择性的影响规律.结果显示,在CO转化率(~30%)近似相同的情况下,具有最弱酸性的Silicalite-1封装的Co颗粒表现出最高的汽油选择性(~70%)和异构烷烃选择性(~30.7%).这意味着正构烷烃异构化反应只需要弱酸即可实现,较强的酸性则会使其发生过度裂解反应.Py-IR谱图显示,Silicalite-1在1445 cm-1附近的L酸是区别于NaZSM-5和HZSM-5的一个重要酸性位,可作为FTS路线制备富含异构烷烃汽油的一个关键参数.另外,与封装型(Co@MFI)催化剂相比,浸渍型催化剂(Co/MFI)的汽油选择性明显偏低,可能与金属活性位与分子筛酸性位之间的距离有直接关系.因此,无溶剂合成分子筛是一条具有前景和适宜放大的催化剂合成路线.对于合成气经费托路线制取富含异构烷烃汽油反应,正构烷烃在分子筛催化剂上的裂解和异构化之间的竞争反应是核心问题.未来有待突破的研究方向包括:(1)多支链异构烷烃的合成,目前对于有效调控多支链烷烃的生成关注较少;(2)反应路线的设计,合成气经甲醇路线,联合甲醇制汽油(MTG)反应获得异构烷烃;(3)裂解反应的抑制;(4)分子筛孔道/笼对异构烷烃选择性的调控机制.     

用脉冲D2反应研究CeO2在Co-CeO2/SiO2费托合成催化剂中的促进作用机理

 采用脉冲D2反应研究了CeO2在Co-CeO2/SiO2费托合成催化剂中的作用机理. 通过比较在Co-CeO2/SiO2和Co/SiO2催化剂上的脉冲D2反应实验结果发现, CeO2可以提高载体表面 Si-OH 的H-D同位素交换活性和 Si-OH 中H参与CO加氢反应的活性; CeO2不仅增加了催化剂表面活性碳物种的总量,而且活性碳物种以链增长单体-CH2-为主,因而有利于增加费托合成反应速率和链增长几率; CeO2的加入明显提高了催化剂表面碳原子的加氢反应速率,从而减少了碳沉积.     

用于费托合成的骨架Co@HZSM-5核壳催化剂

以骨架Co 为内核, 通过水热合成在其表面包覆HZSM-5 分子筛膜, 制备了具有核壳结构的骨架Co@HZSM-5 催化剂. 采用元素分析、氮物理吸附、粉末X射线衍射、扫描电子显微镜、氨脱附等手段对催化剂的物理化学性质进行了表征. 在气相费托合成反应中, 骨架Co@HZSM-5 核壳催化剂显示了比物理混合的骨架Co-HZSM-5催化剂更好的催化裂解作用, 故C₅-C₁₁汽油段产物选择性高. 通过改变水热时间, 对分子筛膜厚进行了调节, 发现适当的分子筛膜厚在保证催化剂具有较高活性的前提下, 使长链费托合成产物完全裂解, 高选择性地得到汽油段产物. 提高反应温度有利于费托合成反应的进行以及分子筛上裂解效率的提高, 但产物分布向短链烃方向移动. 在水热4天制备的骨架Co@HZSM-5核壳催化剂上及反应温度为250 ℃时, 得到了最佳反应结果, 汽油段产物选择性达79%, 说明费托合成活性中心与催化裂解酸中心之间形成了良好的协同作用.     

改性纳米HZSM-5沸石催化剂上C5～C8混合烷烃的芳构化反应

在小型固定床反应器上研究了水蒸气钝化及过渡金属(Ni,Co,Cu,Zn)改性对调变纳米HZSM-5沸石催化剂上C5~C8混合烷烃芳构化反应的作用.采用NH3-TPD和Py-FT-IR方法表征了改性催化剂的表面酸性质,并与其催化芳构化性能进行了关联.结果表明,在450℃下进行水蒸气钝化能显著提高催化剂的芳构化选择性,减少甲烷和乙烷等低碳烷烃的生成;催化剂进一步用锌盐或铜盐溶液浸渍改性,可以显著提高催化剂的抗积炭失活能力.这是由于水蒸气钝化能适当减少沸石表面的酸量,降低酸强度,而铜、锌改性可进一步减少B酸中心,增加L酸中心,并与B酸中心协同作用形成具有脱氢活性的催化中心,从而影响混合烷烃的活化方式与芳构化路径.     

HZSM-5/Hβ复合分子筛的正辛烷临氢异构化和芳构化性能

将不同孔尺寸、酸强度的HZSM 5和Hβ分子筛混合制得复合载体,担载金属组分Ni、Mg、Mo、Zn制得烷烃异构化和芳构化催化剂M/C。采用XRD、BET、程序升温氨脱附（NH3 TPD）及吡啶吸附 脱附红外光谱法对制备的载体及催化剂进行了理化性质表征。以正辛烷为正构烷烃模型化合物,在连续加氢微型反应装置上评价了催化剂对正构烷烃异构化和芳构化反应的催化性能。结果表明,与单一分子筛相比,复合后载体的表面酸中心分布得到了调节,中强酸中心的增加有利于烷烃异构化和芳构化反应。复合分子筛催化剂引入不同金属组分进行改性后体现出不同的催化性能,其中Ni的引入既提供了加脱氢活性中心,又获得了适宜的B、L酸中心分布,使反应转化率和选择性显著提高。反应条件对催化剂的异构化和芳构化性能也有不同程度的影响,在320℃、2.8MPa、2.0h－1下,正辛烷的临氢异构化和芳构化选择性较好。     

环己烷在Pt/HY-A12O3催化剂上加氢转化反应的研究

采用高压微型反应器，在压力为4．0MPa，温度260℃-350℃、氢油比为500：1、空速1．0h^-1条件下，研究了不同酸性载体HY-Al2O3，负载的铂(Pt)催化剂上环己烷的催化反应规律．结果表明，反应温度和载体酸性是影响催化剂异构化活性、裂化活性的两个重要因素，增加反应温度或提高催化剂酸性都会导致催化剂的异构化活性降低、裂化活性增强．当反应温度为290℃，含15％HY的Pt/HY-Al2O3，催化剂的异构化活性最好，异构化产物的选择性为91．6％，环己烷转化率为71．6％．提高催化剂载体中分子筛含量，有利于环己烷开环反应的发生，从产物的分布可以看出，在Pt/HY-Al2O3，催化剂上环己烷的开环过程是首先异构化为甲基环戊烷继而发生开环反应，反应最终达到平衡状态，致使开环产物中nH：3MP：2MP=1：1：2比值不变，开环机理符合β-断裂的正碳离子机理。     

镓掺杂SO4^2—／ZrO2的制备及其对正丁烷异构化反应的催化性能

通过沉淀、回流和浸渍法制备了镓掺杂的纳米级固体超强酸SO4^2-／Ga2O3／ZrO2，并用X射线衍射、透射电镜、热重、吡啶吸附红外光谱、低温N2-BET及化学分析等技术对SO4^2-／Ga2O3／ZrO2的结构、表面性质及其对正丁烷异构化反应的催化活性进行了研究．结果表明，掺杂Ga2O3可以抑制制备过程中ZrO2晶粒长大，有利于抑制高温下催化剂由四方相转变为单斜相．与未掺杂的催化剂相比，Ga2O3的掺杂提高了催化剂表面SO4^2-的分解温度，有利于催化剂表面形成更多的酸中心．SO4^2-／Ga2O3／ZrO2对正丁烷异构化反应显示出优异的催化性能．其中，含3％Ga2O3的样品的活性最高，220℃下其初活性为59．1％；反应1h后，其活性基本保持稳定，稳态转化率大于51％，接近该反应条件下正丁烷的平衡转化率．     

改性纳米ZSM-5催化剂上正辛烷转化反应的研究

以纳米晶粒HZSM-5(20~50 nm)沸石为活性组分, 用碱性介质水热处理、 负载混合稀土和ZnO(或GaO)组合改性方法对纳米HZSM 5分子筛进行改性, 并用TEM， XRF， IR及XRD等手段对催化剂进行表征. 以正辛烷的芳构化和异构化为模型反应, 研究了改性纳米ZSM 5催化剂总酸和酸强度分布、 L/B酸位比例对正辛烷异构化和芳构化反应性能的影响以及催化剂酸强度、 L/B酸位比例与催化剂稳定性和积炭的关系. 结果表明, 碱性介质水热处理和混合稀土改性后, 总酸量减少和酸强度降低导致纳米HZSM-5催化剂的芳构化活性减弱, 异构化活性增强, 稳定性明显提高. 在碱性介质水热处理和负载混合稀土改性的基础上, 再负载适量氧化锌(或氧化镓)改性的催化剂， 总酸量增加, 强酸中心数量减少, B酸略有减少, 而L酸明显增加, L/B酸位比值增加. L酸中心和B酸中心的协同作用和较合适的L/B(1.4~1.7)比值使改性的纳米ZSM-5催化剂保持了较强的和稳定的芳构化和异构化活性, 催化剂积炭失活速率降低. 芳烃和异构烷烃产率分别达到约50%和30%, 高辛烷值的烷基芳烃(C7~C9)和异构烷烃(C4~C6)的选择性分别达到84%和80%.     

化学液相沉积与沸石择形催化性能

在经ＳｉＣｌ４化学液相沉积的ＨＺＳＭ－５沸石催化剂上进行了甲茉歧化、Ｃ６烷烃异构体催化裂解和邻二甲苯异构化反应，随着ＳｉＯ２沉积量增加，沸石内表面性质变化不大，而孔径逐渐缩小，甲苯歧化和邻二甲苯异构化反应的对二甲七选择性提高，Ｃ６烷烃异构体中支链烃３－甲基戊烷和２，２－二甲基丁烷的裂解反应转化率下降，实验结果表明，化学液相沉积是改善沸石催化剂对反应物物产物择形性能的一种有效方法。     

磷改性Hβ分子筛对正癸烷异构化反应的催化性能

 采用XRD,NH3-TPD和Py-IR等研究了磷改性对Hβ分子筛表面酸性质和催化性能的影响. 结果表明,少量磷的加入有效地改变了Hβ分子筛的酸量和酸强度的分布,使其弱酸量增加,强酸量减少,B酸中心增加,总酸量减少; 在正癸烷异构化反应中,Pt/P-Hβ催化剂显著提高了异构化反应的选择性,抑制了裂解反应的发生. 当 w(P)=0.75%和w(Pt)=1.0%时,正癸烷在Pt/P-Hβ催化剂上的异构化反应的收率最高.     

低温高活性熔铁催化剂上的超临界相费托合成反应

在固定床反应器中超临界相条件下研究了熔铁催化剂上的费托合成反应,发现在超临界介质中反应物和产物更容易扩散,较好地抑制了催化剂表面非活性碳的沉积,从而提高了费托合成反应中的CO转化率和烯烃选择性,增加了链增长因子,降低了甲烷选择性.同时,考察了超临界介质、反应温度、压力、H2/CO比和空速等条件对费托合成反应的影响.结果表明,C5-8正构烷烃在催化剂活性温度下都是适宜的超临界介质.当温度和压力都在介质的临界点以上时,介质表现出较好的传质与传热性能,可改善费托合成反应性能.     

负载型Co/AlPO_4-5催化剂的酸性及催化性能

美国联合碳化物公司首次合成出的AlPO_4-5分子筛属六方晶系,由PO_4及AlO_4四面体单元交替组成的中性骨架构成,具有直孔道结构,孔径为0.8nm,热稳定好,但无离子交换能力,表面不具B酸,L酸也较少,不宜直接作酸性催化剂.但是它负载了金属及金属氧化物后,在裂解、加氢裂解、重整、异构化、加氢异构化及歧化等反应中都有一定的活性及选择性.专利也曾报导,AlPO_4-5经改性后渗合到沸石中用于裂解反应,可提高油品性能.