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.     

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.