苯在Ru-Zn/ZrO2表面部分加氢反应的理论和实验研究

采用理论计算和实验方法研究了 Ru-Zn/ZrO2 催化剂上苯的部分加氢反应. 在还原阶段于水相中引入 Zn2+可使部分 Zn 以原子态进入 Ru 基催化剂. 理论计算表明, Zn 原子在 Ru 基催化剂中的存在同时抑制了苯和环己烯在催化剂表面的化学吸附, 尤其是环己烯在整个催化剂表面的吸附处于一定钝化状态, 这是环己烯选择性提高的重要原因. 实验结果表明, Zn 原子在催化剂中浓度的增加使得催化剂的加氢活性单调下降, 而环己烯选择性则单调上升. 实验和理论计算都证实了 Ru 基催化剂中最佳 Zn 含量的存在.     

助剂Fe和反应修饰剂修饰的Ru催化剂上苯选择加氢制环己烯

共沉淀法制备了Ru-Fe(x)催化剂,并利用X射线衍射(XRD)、X射线荧光光谱(XRF)、N2物理吸附和透射电镜等手段对催化剂进行了表征.结果表明,Ru-Fe(x)催化剂中助剂Fe以Fe3O4形式存在.单独Fe3O4并不能提高Ru催化剂的环己烯选择性.但在加氢过程中Fe3O4可与反应修饰剂ZnSO4反应生成(Zn(OH)2)3(ZnSO4)(H2O)x(x=1 or 3).化学吸附的(Zn(OH)2)3(ZnSO4)(H2O)x(x=1 or 3)在提高Ru催化剂环己烯选择性中起着关键作用.此外,Ru-Fe(x)催化剂的性能还与浆液中的Zn2+浓度和pH值有关.在0.61 mol/L ZnSO4溶液中Ru-Fe(0.47)催化剂不但给出了56.7%的环己烯收率,而且具有良好的稳定性和重复使用性能.化学吸附在Ru表面的Fe2+同样能提高Ru催化剂的环己烯选择性.在0.29 mol/L和0.61 mol/L FeSO4溶液中Ru-Fe(0.47)催化剂上化学吸附Fe2+量近似,性能近似.因为Fe2+和Zn2+性质的差异,在0.29 mol/L和0.61 mol/L FeSO4溶液中Ru-Fe(0.47)催化剂的环己烯选择性分别低于在同浓度的ZnSO4溶液中的.     

沉淀法制备苯选择加氢制环己烯Ru-Zn催化剂的研究

将 Ru Cl3· x H2 O和 Zn Cl2 与 Na OH共沉淀 ,再用适量的 Na OH溶解部分 Zn,制备了以 Ru为活性组分、Zn为助剂的苯选择加氢制环己烯的催化剂 .研究了 Zn含量、碱溶用 Na OH浓度、温度等因素对活性与选择性的影响 ,并用 XRD、SEM、BET比表面积、孔径分布等测试手段对催化剂进行表征 .结果表明 ,Zn含量为 5 %左右时 ,苯的转化率可保持在 6 5 %左右 ,且环己烯的收率较高 .碱溶用 Na OH浓度宜控制在 2 %～ 4 % .沉淀时的反应温度 6 0℃左右较好 .XRD表明 ,活性组分 Ru和 Zn均被还原 ,并形成了 Ru- Zn固溶体 ,Ru微晶粒径为 3～ 5nm,经 SEM可以观察到 Ru微晶呈高分散 .BET比表面积 30～ 4 0 m2 /g,催化剂最可几孔径分布范围 30～ 70nm.与一般沉淀法相比 ,经过碱溶形成的催化剂的孔结构有利于环己烯选择性的提高     

ZnSO_4和La_2O_3作共修饰剂单金属Ru催化剂上苯选择加氢制环己烯

用沉淀法制备了单金属纳米Ru(0)催化剂,考察了ZnSO4和La2O3作共修饰剂对该催化剂催化苯选择加氢制环己烯性能的影响,并用X射线衍射(XRD)、X射线荧光(XRF)光谱、X射线光电子能谱(XPS)、俄歇电子能谱(AES)、透射电镜(TEM)和N2物理吸附等手段对加氢前后催化剂进行了表征.结果表明,在ZnSO4存在下,随着添加碱性La2O3量的增加,ZnSO4水解生成的(Zn(OH)2)3(ZnSO4)(H2O)x(x=1,3)盐量增加,催化剂活性单调降低,环己烯选择性单调升高.当La2O3/Ru物质的量比为0.075时,Ru催化剂上苯转化率为77.6%,环己烯选择性和收率分别为75.2%和58.4%.且该催化体系具有良好的重复使用性能.传质计算结果表明,苯、环己烯和氢气的液-固扩散限制和孔内扩散限制都可忽略.因此,高环己烯选择性和收率的获得不能简单归结为物理效应,而与催化剂的结构和催化体系密切相关.根据实验结果,我们推测在化学吸附有(Zn(OH)2)3(ZnSO4)(H2O)x(x=1,3)盐的Ru(0)催化剂有两种活化苯的活性位:Ru0和Zn2+.因为Zn2+将部分电子转移给了Ru,Zn2+活化苯的能力比Ru0弱.同时由于Ru和Zn2+的原子半径接近,Zn2+可以覆盖一部分Ru0活性位,导致解离H2的Ru0活性位减少.这导致了Zn2+上活化的苯只能加氢生成环己烯和Ru(0)催化剂活性的降低.本文利用双活性位模型来解释Ru基催化剂上的苯加氢反应,并用Hückel分子轨道理论说明了该模型的合理性.     

Ru-Zn催化剂在苯选择加氢制环己烯反应中的粒径效应

采用共沉淀法制备了水溶性聚合物修饰的苯选择加氢制环己烯Ru-Zn催化剂,并用X射线衍射、透射电镜、X射线能量色散谱、X射线光电子能谱和氮气物理吸附等对加氢后催化剂进行了表征.结果表明,水溶性聚合物的种类和聚乙二醇-20000(PEG-20000)的用量对Ru-Zn催化剂微晶尺寸有显著影响.在Zn SO4存在下,随着Ru-Zn催化剂Ru微晶尺寸增加,苯转化率降低,环己烯最高收率则呈火山型变化趋势.用0.4 g PEG-20000修饰的Ru-Zn催化剂[m(PEG-20000)∶m(Ru)=0.2]Ru的微晶尺寸为4.8 nm,环己烯最高收率为62.2%.Ru微晶尺寸影响催化剂表面的Zn/Ru原子比,进而影响Ru-Zn催化剂性能.     

沉淀法制备苯选择加氢制环己烯双助剂Ru系催化剂研究

用沉淀法制备了苯选择加氢制环己烯双助剂Ru系催化剂．其中Ru为活性组分，Zn和La为助剂，ZrO2为分散剂．研究了Ru／ZrO2比、Zn和La及其含量、ZnSO4及碱金属离子等对催化剂性能的影响．结果表明，Ru／ZrO2=10％、(Zn La)／Ru=8％、La／Zn=1：3，加入ZnSO4且保留碱金属离子，Ru—La—Zn／ZrO2催化剂不但具有较高的活性选择性，而且具有很好的沉降分离性能．运用TPR、XRD、BET比表面测定等技术对催化剂进行了表征，并对双助剂Ru—La—Zn／ZrO2的催化作用给予了解释．     

Ru/AlOOH催化剂的制备、表征及其苯选择加氢反应的研究

采用共沉淀法制备了Ru/AlOOH催化剂，以XRD，TG/DTA，TEM和氮物理吸附等手段对其基本物化性质进行了表征.在苯液相选择加氢制备环己烯的反应中，该催化剂显示了很高的苯选择加氢活性和选择性，环己烯得率可达35.8％，优于原位焙烧上述催化剂或浸渍法制得的Ru/γ-Al2O3催化剂.催化剂结构与催化性能的对比研究进一步揭示催化剂的亲水性和孔结构在苯选择加氢反应中的重要作用.     

反应修饰剂ZnSO_4和预处理对苯选择加氢制环己烯Ru-Zn催化剂性能的影响

共沉淀法制备了Ru-Zn催化剂,考察了反应修饰剂ZnSO_4和预处理对苯选择加氢制环己烯Ru-Zn催化剂性能的影响。结果表明,反应修饰剂ZnSO_4可以与Ru-Zn催化剂中助剂Zn O反应生成(Zn(OH)2)3(ZnSO_4)(H_2O)盐。随反应修饰剂ZnSO_4浓度增加,(Zn(OH)2)3(ZnSO_4)(H_2O)盐量逐渐增加,Ru-Zn催化剂活性逐渐降低,环己烯选择性逐渐升高。因为(Zn(OH)2)3(ZnSO_4)(H_2O)盐中的Zn2+可以使Ru变为有利环己烯生成的缺电子的Ruδ+物种,而且还可以占据不适宜环己烯生成的强Ru活性位。但当反应修饰剂ZnSO_4浓度高于0.41 mol·L-1后,继续增加ZnSO_4浓度,由于Zn2+水解浆液酸性太强,可以溶解部分(Zn(OH)2)3(ZnSO_4)(H_2O)盐,RuZn催化剂活性升高,环己烯选择性降低。环己烯选择性略微降低,是由于ZnSO_4溶液中大量的Zn2+可以与生成的环己烯形成配合物,稳定生成的环己烯,抑制环己烯再吸附到催化剂表面并加氢生成环己烷。在ZnSO_4最佳浓度0.61 mol·L-1下对Ru-Zn催化剂预处理15 h,Ru-Zn催化剂中助剂Zn O可以与ZnSO_4完全反应生成(Zn(OH)2)3(ZnSO_4)(H_2O)盐,在该催化剂上25 min苯转化68.2%时环己烯选择性和收率分别为80.2%和54.7%。而且该催化剂具有良好的稳定性和重复使用性能。     

助剂前体ZnSO_4浓度对苯选择加氢制环己烯Ru-Zn催化剂性能的影响

共沉淀法制备了Ru-Zn催化剂,在ZrO_2作分散剂下考察了助剂前体ZnSO_4浓度对苯选择加氢制环己烯Ru-Zn催化剂性能的影响.并用X-射线衍射(XRD)、X-射线荧光光谱(XRF)、N_2-物理吸附、透射电镜(TEM)和X-射线光电子能谱(XPS)等手段对催化剂进行了表征.结果表明,当ZnSO_4前体浓度低于0.10 mol/L时,Ru-Zn催化剂中Zn以ZnO形式存在,在加氢过程中ZnO可以与反应修饰剂ZnSO_4反应生成(Zn( OH)_2)_3(ZnSO_4)(H_2O)_3盐.继续增加ZnSO_4前体浓度,催化剂中Zn以ZnO和NaZn_4(SO_4)(Cl)(OH)_6·6H_2O盐存在,在加氢过程中ZnO和NaZn_4(SO_4)(Cl)(OH)_6·6H_2O盐可以与反应修饰剂ZnSO_4反应生成(Zn( OH)_2)_3(ZnSO_4)(H_2O)_5.(Zn( OH)_2)_3(ZnSO_4)(H_2O)_x(x=3或5)盐的Zn~(2+)可以转移金属Ru的部分电子.因此,随ZnSO_4前体浓度的增加,(Zn( OH)_2)_3(ZnSO_4)(H_2O)_x的量逐渐增加,金属Ru失电子越多,催化剂活性越低,环己烯选择性越高.0.08 mol/L ZnSO_4前体制备Ru-Zn催化剂给出了59.1%的环己烯收率,而且该催化剂具有良好的重复使用性能和稳定性.     

Pd、Pt对Ru/ZrO_2催化剂苯部分加氢性能的修饰作用

采用浸渍-化学还原法制备了Ru/ZrO_2催化剂,并采用Pd或Pt对其进行了修饰.采用N_2物理吸附、H_2化学吸附、粉末X射线衍射(XRD)、紫外-可见漫反射光谱(UV-DRS)、透射电子显微镜(TEM)、X射线吸收光谱(XAS)和差示扫描量热(DSC)等手段对催化剂进行了系统的表征.研究表明,Pd、Pt均与Ru在催化剂表面形成了合金,从而提高了Ru的配位数.在苯部分加氢反应中,Pd、Pt的引入使催化剂上苯的转换频率(TOF)有所降低,但能提高环己烯的初始选择性(S_0).在最优的Ru-Pd/ZrO_2-0.2和Ru-Pt/ZrO_2-0.15催化剂(Pd、Pt与Ru的摩尔比分别为0.2和0.15)上,S_0及环己烯得率接近,分别可达近77%和44%.结合催化剂的表征和加氢结果,探讨了Pd、Pt影响Ru/ZrO_2催化剂苯部分加氢活性和选择性的原因.     

Effect of Organic Additives on the Performance of Nano-sized Ru-Zn Catalyst

A novel Ru‐Zn catalyst was prepared by coprecipitation. The catalyst was characterized by XRF, XRD and TEM. The effects of organic additives on the performance of the Ru‐Zn catalyst for benzene selective hydrogenation to cyclohexene were investigated. The results showed that the catalyst was composed of Ru and Zn in molar ratio of 33.8:1, and the most probable value of the Ru crystallite size in the catalyst was 5.1 nm. The modification of Ru with Zn and the small size effect were the main cause why the catalyst exhibited the high activity and the excellent cyclohexene selectivity. When PEG (polyethylene glycol) was used as an additive, the activity of the catalyst decreased, and the cyclohexene selectivity increased with the increase of the PEG molecular weight. With the addition of PEG‐20000, a cyclohexene selectivity of 78.9% at a benzene conversion of 68.7% and a maximum cyclohexene yield of 61.4% were obtained. With diethanolamine and triethanolamine as additives, cyclohexene yields were as high as 58.9% and 58.2%, respectively.     

Enhancing the selective hydrogenation of benzene to cyclohexene over Ru/TiO_2 catalyst in the presence of a very small amount of ZnO

Highly efficient and greener hydrogenation of benzene to cyclohexene is of great importance but is challenging.In this work,Ru/Ti O2 catalyst was prepared by a simple chemical-reduction method.The catalyst was characterized by transmission electron spectroscopy(TEM),X-ray powder diffraction(XRD),Fourier transform infrared spectroscopy(FTIR),X-ray photoelectron spectroscopy(XPS),and nitrogen adsorption-desorption techniques.It was shown that the Ru nanoparticles with average size of about 2.2 nm were dispersed uniformly on the surface of the Ti O2 support.The effect of a very small amount of Zn O in Na OH solution on the selectivity to cyclohexene was investigated under different conditions by using Ru/Ti O2 catalyst.It was found that the addition of a small amount of Zn O to the Na OH solution could effectively enhance the selectivity to cyclohexene and that the yield of cyclohexene could reach 41.5%.Control experiments revealed that the main reason for the enhancement of the selectivity to cyclohexene was the presence of Zn O in the form of Na2Zn(OH)4 in the alkaline solution,which effectively retarded the further hydrogenation of cyclohexene.A recycling experiment showed that the yield of cyclohexene was not obviously decreased after four reuses.     

The Modifiable Character of a Novel Ru-Fe-B/ZrO2 Catalyst for Benzene Selective Hydrogenation to Cyclohexene

A novel Ru‐Fe‐B/ZrO₂ catalyst for the selective hydrogenation of benzene to cyclohexene was prepared by the chemical reduction method. A yield of cyclohexene of 57.3% was achieved at benzene conversion of 80.6% on this catalyst. The activity and yield of cyclohexene were higher than those studied previously. The structural characterizations of the catalyst were performed by TEM‐SAED, XRD, and N₂‐physisorption. Moreover, cyclohexene selectivities on this catalyst increased and the activities decreased with the increase of the ZnO dosages, however, the activities increased and cyclohexene selectivities decreased with the increase of the H₂SO₄ dosages. Different feeding manners of H₂SO₄ or ZnO exerted definitely influence on the performances of this catalyst, but the degrees of influence were different due to the character of chemisorptions. Furthermore, the activity and cyclohexene selectivity on the catalysts could be reversibly modified by adding H₂SO₄ or ZnO into reaction slurry, which provides an easy method to recover the activity and selectivity of Ru‐Fe‐B/ZrO₂ catalysts during the process of producing cyclohexene. And the modifiable mechanisms involved were speculated.     

Ru/ZrO_2催化剂在苯部分加氢反应中的粒径效应

采用多元醇还原法将2.4~5.4 nm范围内粒径均一、尺寸可控的Ru纳米粒子负载在ZrO2上,研究了Ru的粒径对Ru/ZrO2催化剂上苯部分加氢性能的影响.采用紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、N2物理吸附、H2化学吸附、H2-程序升温脱附(H2-TPD)、粉末X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)等手段对催化剂进行了系统的表征.研究表明,用于还原的醇的种类及添加剂乙酸钠的浓度对Ru粒径有显著影响.在苯部分加氢反应中,Ru/ZrO2催化剂有明显的粒径效应.随着Ru粒径的增大,苯的转换频率(TOF)提高,环己烯初始选择性(S0)则呈火山型变化趋势,选择性最高时的Ru粒径为4.4 nm.1,2-丙二醇还原得到的Ru/ZrO2催化剂上S0及环己烯得率最高,分别可达82%和39%.结合催化剂的表征和加氢结果,讨论了Ru粒径影响苯部分加氢活性和选择性的原因.     

浸渍法制备的苯部分加氢制环己烯催化剂的表征

利用XRD和BET比表面测定等手段对钌催化剂进行了表征 .研究结果表明 ,催化剂的活性与Ru原子的分散度和Ru微晶的晶粒度有关 ,Ru微晶在 5nm左右 ,催化剂活性最好 .催化剂合适的孔径分布范围为 2 5nm～ 70nm ,平均孔径大者 ,选择性较好 .孔的有效表面积大者 ,活性较好     

低碱度共沉淀法制备苯选择加氢Ru-Zn催化剂

在低碱度下采用共沉淀法成功制备了非负载型Ru-Zn催化剂,用于苯选择加氢制环己烯反应.固定氢氧化钠沉淀剂的量,考察了不同氯化锌加入量对催化剂结构和催化性能的影响,采用N2吸附、X射线衍射和程序升温还原等手段对催化剂进行了表征.同时考察了选用具有最佳锌含量的Ru-Zn催化剂时搅拌速度和硫酸锌添加剂等对催化反应性能的影响,最后考察了催化剂多次使用时的反应性能.研究表明, Zn含量16.7%(质量分数)的Ru-Zn催化剂具有最佳的催化性能;在ZnSO4水溶液(0.45 mol/L)中,优化反应条件(哈氏合金釜,1200 r/min,150oC, H2压5 MPa)下反应45 min,苯转化率57%时环己烯选择性可达80%(收率超过45%).钌催化剂中ZnO晶体对于环己烯选择性达到80%非常重要.催化剂回收循环反应5次时反应性能基本不变,表明低碱度下制备的催化剂具有良好的稳定性,显示了工业化应用前景.     

非晶Ru-C0/ZrO2催化苯加氢制备环己烯

非晶合金催化剂是 2 0世纪 80年代兴起的一种新型催化剂 ,在国内外倍受关注。这种新型催化材料由于具有潜在的高活性和高选择性而展现出良好的应用前景[1 ,2 ] 。已有大量文献报道 ,通过猝冷技术和化学还原法制备Ｎｉ非晶态合金催化剂的催化性能[3～9] 。近年来 ,文献中又报道了用化学还原法制备的Ｒｕ非晶态合金催化剂[1 0 ] ,这种以Ｒｕ为主的非晶催化剂大都以ＫＢＨ4或ＮａＢＨ4为还原剂。在本文中 ,采用甲醛为还原剂 ,制备出了Ｒｕ Ｃｏ/ＺｒＯ2 非晶催化剂。通过ＸＲＤ、ＳＥＭ和ＴＧ ＤＴＡ等手段对催化剂进行了表征 ,显示了催化剂的…