失活TS-1高效催化环己烯水合生成环己醇的研究

环己醇是一种重要的化工中间原料,目前工业上主要是以ZSM-5分子筛作为催化剂,通过环己烯水合反应一步法制备.钛硅分子筛TS-1是工业环己酮液相氨肟化过程中的高效催化剂,其失活后显示出典型Brønsted酸性质,基于此,本工作发展了失活TS-1作为催化剂催化环己烯水合反应的方法,详细考察了反应时间、反应温度、催化剂含量及环己烯和水的质量比等参数对反应的影响.研究表明,失活TS-1是高效催化剂,在优化的反应条件下可得到11.0%的环己醇收率和99.8%的环己醇选择性,显示出高活性、高选择性和高稳定性的特点.通过酸洗改性与K⁺交换实验以及结合UV-Vis（固体紫外漫反射可见光谱）、FT-IR（傅里叶变换红外光谱）、²⁹Si MAS NMR（固体魔角硅核磁）和NH₃-TPD（氨气程序升温-脱附）等表征技术,进一步研究发现,失活TS-1中含有两种Brønsted酸中心,而催化环己烯水合反应的高效活性中心为与钛羟基相邻的硅羟基（Si-OH（Ti））.该Brønsted酸中心的结构完全不同于ZSM-5分子筛中的骨架桥式Brønsted酸中心（Si-（OH）-Al）,且表现出相对较弱的酸强度特征,因而促进了环己烯水合反应中生成环己醇的主反应路径,抑制了环己烯异构化的副反应路径,表现出高环己醇选择性的特性.失活TS-1废催化剂特殊Brønsted酸中心的发现与应用为废催化剂固废资源的资源化利用提供了新思路.     

SO2-4/SiO2表面酸性的红外光谱和密度泛函理论研究

对介孔SiO2及硫酸根促进的SiO2样品进行了原位吡啶吸附红外光谱测试,分别建立了硫酸根促进前后的SiO2表面原子簇模型,用密度泛函理论对其吡啶吸附行为进行了计算,分析了SO2-4/SiO2表面酸性产生的机理. 实验和计算结果表明, SO2-4/SiO2表面不存在Lewis酸中心,原位红外谱图中表征Lewis酸性的特征峰对应于氢键吸附吡啶的环振动,这种氢键作用因SiO2表面的硫酸根促进而得到加强. HSO-4螯合结构为SO2-4/SiO2表面Br(φ)nsted酸中心,其酸强度强于表面磺酸基团修饰的介孔SiO2材料SO3H-MSU, 而弱于HZSM-5. SO2-4/SiO2的酸催化活性源于其表面的Br(φ)nsted酸性.     

SO_4~(2-)/SiO_2表面酸性的红外光谱和密度泛函理论研究

对介孔SiO2及硫酸根促进的SiO2样品进行了原位吡啶吸附红外光谱测试,分别建立了硫酸根促进前后的SiO2表面原子簇模型,用密度泛函理论对其吡啶吸附行为进行了计算,分析了SO42-/SiO2表面酸性产生的机理.实验和计算结果表明,SO42-/SiO2表面不存在Lewis酸中心,原位红外谱图中表征Lewis酸性的特征峰对应于氢键吸附吡啶的环振动,这种氢键作用因SiO2表面的硫酸根促进而得到加强.HSO4-螯合结构为SO42-/SiO2表面Brφnsted酸中心,其酸强度强于表面磺酸基团修饰的介孔SiO2材料SO3H-MSU,而弱于HZSM-5.SO42-/SiO2的酸催化活性源于其表面的Brφnsted酸性.     

程序升温差热研究HZSM-5分子筛的氨脱附

在不同的程序升温速率下,用差热分析获得一组由HZSM-5分子筛的氨脱附曲线。通过数学处理,求得HZSM-5对氨吸附的两类活性点。它们的能量分布分别为:F_I(θ_I)=[53.0+39.7(1-θ_I)]千焦·摩尔^-1,和E_Ⅱ(θ_Ⅱ)=(128+8.0(1-θ_Ⅱ)]千焦·摩尔^-1。     

ZrO2酸碱性质的TPD表征 I. 单组分吸附研究

以NH_3、吡啶、Et_3N、CO_2和苯酚为探针，用TPD-MS方法对ZrO_2催化剂的酸碱性质进行了表征．ZrO_2上碱性探针（NH_3、吡啶和Et_3N）的脱附温度远低于在强酸性SiO_2－Al_2O_3上；而酸性探针CO_2的脱附温度远低于在强碱性MgO上的结果．为ZrO_2的弱酸弱碱性质提供了证明．NH_3吸附IR结果表明ZrO_2表面配位不饱合Zr~(4＋)为酸（Lewis酸）中心．NH_3、吡啶和Et_3N与这些酸中心作用的方式和能量分布相似．NH_3和CO_2的TPD谱图均存在三个脱附峰，且相应脱附峰的温度范围相近．表明ZrO_2的酸中心和碱中心具有匹配相当的酸、碱强度，ZrO_2为典型的酸－碱双功能催化剂，在苯酚的TPD过程中，ZrO_2的特征表现为对苯酚的强吸附和对苯酚分解的高活性．文中结合IR结果，对与NH_3和CO_2的脱附相联系的表面吸附物种分别进行了讨论.     

ZrO_2酸碱性质的TPD表征Ⅰ.单组分吸附研究

以NH3、吡啶、Et3N、CO2和苯酚为探针，用TPD－MS方法对ZrO2催化剂的酸碱性质进行了表征．ZrO2上碱性探针（NH3、吡啶和Et3N）的脱附温度远低于在强酸性SiO2－Al2O3上；而酸性探针CO2的脱附温度远低于在强碱性MgO上的结果．为ZrO2的弱酸弱碱性质提供了证明．NH3吸附IR结果表明ZrO2表面配位不饱合Zr4＋为酸（Lewis酸）中心．NH3、吡啶和Et3N与这些酸中心作用的方式和能量分布相似．NH3和CO2的TPD谱图均存在三个脱附峰，且相应脱附峰的温度范围相近．表明ZrO2的酸中心和碱中心具有匹配相当的酸、碱强度，ZrO2为典型的酸－碱双功能催化剂，在苯酚的TPD过程中，ZrO2的特征表现为对苯酚的强吸附和对苯酚分解的高活性．文中结合IR结果，对与NH3和CO2的脱附相联系的表面吸附物种分别进行了讨论．     

CO在轻微氧化的Mo(100)表面上的吸附和反应

应用HREELS和TDS研究了120K时CO在轻微氧化的Mo(100)上的吸附和脱附状况.120K时,CO在轻微氧化的Mo(100)上存在顶位垂直吸附(ν_CO=2016～2050cm^-1)、四重空位倾斜吸附(ν_CO=1088cm^-1)和通过π键与表面发生作用的倾斜吸附(ν_CO=1600cm^-1).当表面温度升高时,顶位吸附的CO在低覆盖度下发生解离,但在较高覆盖度下,可以同时发生脱附(T_p=319K)和解离;而后两种吸附态在温度升高时只发生解离.CO解离产生的C原子和O原子在930K和1320K时可重新结合成CO脱附.     

磷酸镍纳米管的合成及其催化环己烯环氧化反应性能

 在不添加有机模板剂的情况下, 通过尿素缓慢分解调节局部 pH 值, 水热法合成了具有均一孔道直径的磷酸镍纳米管材料 (NiPO-NTs). 采用 N2 吸附-脱附、吡啶吸附红外光谱和氨程序升温脱附对材料进行了表征, 并将其用于催化 H2O2 氧化的环己烯反应中, 考察了反应条件对环氧化反应性能的影响. 结果表明, NiPO-NTs 具有狭窄的孔径分布, 比表面积为 96.6 m2/g, 其表面酸中心以弱 Lewis 酸为主. 该反应中以乙腈为溶剂较为适宜, 高温和高 H2O2/环己烯摩尔比有利于提高环己烯转化率; 而低温和高 H2O2/环己烯摩尔比有利于提高环氧环己烷选择性. 在 60 oC, H2O2/环己烯摩尔比为 3, 反应 6 h 时, 环己烯转化率可达 50.6%, 环氧环己烷选择性为 72.1%.     

H-MCM-22沸石分子筛中Brnsted/Lewis酸协同效应的~1H 和~(27)Al双量子魔角旋转固体核磁共振研究

采用各种固体核磁共振 (NMR) 技术详细研究了 H-MCM-22 分子筛中 Brnsted/Lewis 酸的协同效应. 二维 1H 双量子魔角旋转 (DQ-MAS) NMR 结果表明, 在脱铝 H-MCM-22 分子筛中 Brnsted 酸位 (骨架桥式羟基) 和 Lewis 酸位 (非骨架铝羟基) 之间是空间邻近的, 暗示着可能存在 B/L 酸协同效应. 二维 27Al DQ-MAS NMR 结果揭示了各种铝物种之间的空间邻近性, 表明 B/L 酸协同效应优先发生在 H-MCM-22 分子筛超笼中的骨架 T6 位铝和非骨架铝物种之间. 2-13C-丙酮探针分子实验发现, 因 B/L 酸协同效应而导致脱铝 H-MCM-22 分子筛酸性明显增强, 氘代吡啶探针分子实验也证实在 H-MCM-22 分子筛的超笼中发生了 B/L 酸协同效应. 上述结果将有助于我们理解在脱铝 H-MCM-22 分子筛上发生的多相催化机理.     

Sn-Al-β分子筛酸性在葡萄糖转化反应中作用的固体NMR研究

制备了一系列具有不同酸性质的β分子筛催化剂, 通过固体核磁共振(NMR)探针分子技术对其酸性质进行了表征, 并考察了其催化葡萄糖转化为乙酰丙酸甲酯的性能. 吸附三甲基磷的³¹P NMR实验结果表明, 含有骨架Sn以及Al原子的Sn-Al-β催化剂同时具有Br?nsted与Lewis酸性. 通过2-¹³C-丙酮探针分子区分出 3种酸强度的Br?nsted酸位, 其中一种酸强度接近“超强酸”, 可能是由于空间邻近的Br?nsted酸位和Lewis酸位发生协同作用产生的. 葡萄糖转化为乙酰丙酸甲酯的催化反应结果表明, 相比于分别只含有Lewis酸位和Br?nsted酸位的Sn-β和Al-β样品以及两者的物理混合样品, Sn-Al-β分子筛催化剂具有高催化活性与产物选择性, 这主要是由于Br?nsted酸位和Lewis酸位的协同作用产生了强Br?nsted酸位, 这种强Br?nsted酸位进一步导致了更高的催化活性.     

铂电极上吸附芳香分子的表面增强红外光谱研究

应用衰减全反射表面增强红外吸收光谱法分别研究了0.1 mol•L^－1 HClO₄中对硝基苯甲酸(PNBA)和0.1 mol•L^－1 KClO₄中吡啶(Py)在铂电极上的吸脱附. 结果表明在较高电位下(0.3～0.7 V vs. SCE) PNBA是通过其羧基脱质子后羧酸根的两个氧原子等位吸附在Pt电极表面, 而随着电位的负移, 除PNBA逐步脱附外, 还呈现出单个氧原子吸附的谱学特征. 光谱强度与电位的关系表明PNBA在铂电极表面吸脱附的中间电位约为0.2 V vs. SCE. 吡啶的吸附主要是通过氮原子的孤对电子及脱氢后的α碳原子与Pt电极表面键合. 在较宽的电位区间(0.4～－0.4 V vs. SCE)吡啶的吸附方式和取向基本维持不变.     

Fe/Al-PILC催化C_3H_6选择性还原NO的实验研究

采用浸渍法制备了负载于铝柱撑黏土的铁基催化剂(Fe/Al-PILC),在固定床反应器上测试其催化C3H6选择性还原NO的性能。通过N2吸附-脱附、X射线衍射(XRD)、H2的程序升温还原(H2-TPR)、紫外可见光谱(Uv-vis)、吡啶吸附红外光谱(Py-FTIR)等手段对催化剂的物理化学性质进行表征。结果表明,9Fe/Al-PILC在400-550℃能够还原98%以上的NO,而且SO2和水蒸气对其催化性能的影响很小。XRD、N2吸附-脱附表征结果表明,Fe/Al-PILC催化剂中铁氧化物高度分散在载体表面,催化剂有较大的比表面积和孔容。H2-TPR结果表明,催化剂的活性主要由Fe_2O_3物相的还原性能决定。Uv-vis结果表明,催化剂的活性与铁氧低聚物种FexOy呈正相关性。Py-FTIR结果表明,催化剂表面同时存在Lewis酸和Brnsted酸,L酸性位是NO和C3H6反应的主要催化活性中心。     

微波辐射法制备Cu-SSZ-13催化剂及其对柴油车尾气NOx的脱除

采用微波辐射法和传统水热法分别制备了Cu-SSZ-13催化剂,用于柴油车尾气NO_x的脱除.用X射线衍射(XRD)、N₂物理吸脱附、H₂程序升温还原(H₂-TPR)、电子顺磁共振(EPR)、NH₃程序升温脱附(NH₃-TPD)、电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)及X射线光电子能谱(XPS)等方法对样品进行表征.结果表明,微波辐射法大大缩短了SSZ-13分子筛的晶化时间,晶化9 h制得样品的结晶度与传统水热法晶化72 h制得样品的结晶度相近,同时孔结构参数也得到了一定程度的改善,微波辐射法制备样品的Brönsted(B)酸性位和Lewis(L)酸性位增多,活性组分铜的负载量也得到显著的提高,使得微波辐射法制备的催化剂呈现出优异的低温活性和水热稳定性.     

Fe/Ti-PILC用于C_3H_6选择性催化还原NO的研究

采用二氧化钛对蒙脱土进行柱撑改性后,以离子交换法制备了铁负载二氧化钛柱撑蒙脱土催化剂Fe/Ti-PILC,考察了其在富氧条件下催化C_3H_6选择性还原NO(C_3H_6-SCR)的性能。并借助N_2等温吸附-脱附、XRD、UV-vis、H_2-TPR、Py-FTIR等表征方法研究了催化剂的结构与性能之间的关系。结果表明,所制备的19Fe/Ti-PILC催化剂在400℃时即可实现到NO的完全脱除,N2选择性能够达到90%以上。且具有较好的抗水蒸气和抗SO_2的能力。N_2吸附-脱附和XRD结果显示,蒙脱土的结构被撑开,交联柱撑有效,形成了较大的比表面积和孔体积。UV-vis结果表明,催化剂的脱硝活性与铁氧低聚物种FexOy的含量有关,Py-FTIR结果表明,催化剂表面同时存在Lewis酸和Brnsted酸,Fe~(3+)负载到柱撑黏土中能够显著增加Lewis酸的含量,Lewis酸是影响催化剂脱硝活性的影响因素之一。H_2-TPR表征表明,催化剂在400℃左右有较强的还原能力,催化剂的还原能力主要体现为Fe~(3+)→Fe~(2+)的还原。     

无定形硅铝改性TiO2负载Ru催化加氢解聚二苯醚的研究（英文）

采用蒸汽辅助法合成了无定形硅铝（ASA）-TiO₂复合载体，并在此基础上制备了双功能催化剂Ru₅/ASA-TiO₂。利用X-射线衍射（XRD）、吡啶吸附红外（Py-FTIR）、氨-程序升温脱附（NH3-TPD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和X射线光电子能谱（XPS）等手段对所制备催化剂的结构和酸性进行了详细表征。以二苯醚为褐煤模型化合物，在温和条件下考察了催化剂Ru₅/ASA-TiO₂加氢解聚4–O–5类型醚键的反应活性，二苯醚的转化率高于98%，苯收率为67.1%。弱Br?nsted酸和/或Lewis酸而非强Br?nsted酸是提高二苯醚的加氢解聚转化率和苯收率的主要因素，并且反应温度能够影响各类型酸的相对含量从而显著影响二苯醚加氢解聚产物的选择性。     

(Fe,Cr)3O4催化剂表面酸性的研究

本文研究了(Fe,Cr)₃O₄催化剂的表面酸性,发现其表面结构具有可变性,表面主要存在Fe²⁺(α位)和Fe³⁺(β位)两种酸中心,β位上吸附吡啶的E_d=278.8±13.8kJ/mol。     

二丁基锡磺酸酯催化酯交换合成碳酸二苯酯

研究了不同类型的酸催化剂对碳酸二甲酯与苯酚酯交换合成碳酸二苯酯的影响. 实验结果表明, 碳酸二甲酯与苯酚的酯交换反应是软碱(酚氧)亲硬酸(羰基碳)的反应; 硬Lewis酸比软Lewis酸、交界Lewis酸和Brönsted酸有更高的酯交换选择性. 将不同的磺基引入n-Bu₂SnO分子中, 制得一系列硬Lewis酸催化剂[n-Bu₂Sn(OH)OS(O)₂R(H₂O)]₂[R=p-NH₂C₆H₄(Ⅰ), p-CH₃C₆H₄(Ⅱ), C₆H₅(Ⅲ), p-ClC₆H₄(Ⅳ), Me(Ⅴ), CF₃(Ⅵ)]. 在酯交换反应中, 由于磺基的强吸电子效应增强了[n-Bu₂Sn(OH)OS(O)₂R(H₂O)]₂中Sn的Lewis酸性, 其催化活性比n-Bu₂SnO的高, 而且磺基上取代基的吸电子效应越强, 催化剂中Sn的Lewis酸性越强, 催化活性越高, 但取代基的吸电子效应过强会降低其对酯交换反应的选择性.     

离子液体酸性的红外光谱探针法研究

以吡啶和乙腈分子为探针, 使用红外光谱法研究了常用室温离子液体的酸性. 采用吡啶为探针分子时, 出现的～1450 cm^－1、～1540 cm^－1吸收带可以分别指示离子液体的Lewis、Brønsted酸性；采用乙腈为探针分子时, ～2253 cm^－1的C≡N伸缩振动向高波数移动并伴有新峰的出现，可以指示离子液体的Lewis酸性。可以通过比较吡啶探针～1450 cm^－1吸收带的峰位置对离子液体的Lewis酸强度进行排序，并且可以用乙腈探针更灵敏地区分出不同离子液体的Lewis酸的强度，使用该方法研究了离子液体的结构对其Brønsted / Lewis酸性的影响。     

Ni-Ti-O混合氧化物的制备、表征及其富氧选择性催化还原NO

采用均匀共沉淀法制备了不同Ni/Ti摩尔比的Ni-Ti-O混合氧化物,考察了它们在富氧条件下丙烯选择性催化还原NO反应中的催化性能,并运用X射线衍射,N₂吸附-脱附、吡啶吸附、程序升温脱附和原位红外光谱对催化剂进行了表征.结果表明,Ni/Ti摩尔比为1的催化剂表现出最佳催化活性,430℃时NO_x转化率达68%.该催化剂具有锐钛矿结构,比表面积较高(149m²/g),有利于提高催化活性;其表面Lewis酸性位有利于硝酸盐物种的吸附,而硝酸盐物种是该反应的重要中间体.     

无粘结剂ZSM-5沸石催化剂骨架脱铝改性的研究

对比了无粘结剂和有粘结剂ZSM-5沸石催化剂的吸附性质, 证实前者的优良品质. 以27Al固体核磁共振(MAS NMR)考察了盐酸处理、水蒸气处理及水蒸气-盐酸相结合处理后无粘结剂ZSM-5沸石催化剂的骨架脱铝行为以及非骨架铝的状态. 以X射线粉末衍射(XRD), X射线荧光光谱(XRF), 低温氮吸附, NH3-TPD和吡啶吸附原位红外光谱(in situ IR)等详细表征了骨架脱铝对其晶体、元素组成及孔结构、表面强(S)酸与弱(L)酸、Brönsted(B)酸与Lewis(L)酸酸量分布等影响. 揭示了水蒸气处理的深度骨架脱铝强烈地调变沸石的结构和表面酸性的本质, 证明了该处理方式对调变S酸和B酸起主导作用.