多组分氧化物Ag－Bi－V－Mo－O催化作用的光电子能谱研究

对于烃类选择氧化反应中复合氧化物的催化作用,普遍认为是Redox机理.迄今对于含有钥、秘复合氧化物催化剂的活性中心和作用机理还存在不同的看法.     

BiMo 基复合氧化物催化剂晶格氧性质与丙烷选择氧化性能

研究了不同组成、结构的BiMo基复合氧化物催化剂的丙烷选择氧化至丙烯醛的性能.X射线衍射(XRD)、X光电子能谱(XPS)、原位傅里叶变换激光拉曼光谱(FT-LRS)、电子顺磁共振(ESR)等多种表征结果表明,BiMo基复合氧化物催化剂上丙烷经由中间物丙烯选择氧化至丙烯醛,催化剂的晶格氧为选择性活性氧物种.丙烷直接氧化下丙烷至丙烯醛的选择性和收率与催化剂的Mo=O物种的氧化-还原性质密切关联,而Mo=O物种的性质又取决于Mo离子的配位环境,Mo=O物种的选择性转化丙烷经由丙烯至丙烯醛活性随畸变MoO6八面体、共顶点八面体、共边八面体、MoO4四面体配位环境递增.组成、结构优化调变的催化剂上丙烷选择氧化至丙烯醛选择性和收率可达45%和13.5%,催化剂中具有选择氧化活性的晶格氧物种数可达258 μmol/g.     

丙烷氧化反应中多组分氧化物Bi－V－Mo－O催化作用的红外光谱研究

迄今对于含有铝、秘复合氧化物催化剂的活性中心和作用机理存在不同看法,本文采用红外光谱法,探讨了复合氧化物钥钒酸秘在丙烷选择氧化反应中的催化作用机理.     

MoPO/SiO2催化剂上丙烷选择氧化制丙烯醛反应机理

 考察了丙烷以及丙烷选择氧化反应的有关中间体或其探针分子(如丙烯、烯丙醇、异丙醇和正丙醇)和产物(如丙烯醛、丙酮和丙醛)在MoPO/SiO2催化剂上的反应行为,用以探明该催化剂上丙烷选择氧化制丙烯醛反应的可能路径. 结果表明,异丙氧基是MoPO/SiO2催化剂上丙烷选择氧化制丙烯醛反应的主要中间体,异丙氧基脱β-H生成丙烯或脱α-H生成丙酮,而丙烯则经σ-氧烯丙基转化为丙烯醛.     

丙烷氧化脱氢反应中Mg_2V_2O_7催化剂氧活度的原位监测

采用固体电解质电动势测量法原位监测Mg2V2O7催化剂的表面氧活度在丙烷氧化脱氧反应中的周期性振荡现象.直观地揭示了丙烷选择氧化反应中Mg2V2O7催化剂的先还原后氧化的过程.结果表明,丙烷选择氧化的控制步骤为丙烷在催化剂上的吸附和活化过程,且丙烷和氧气在催化剂上的吸附位不同,二者不存在竞争吸附.     

Ba调变复合氧化物LaxBa1-xNiAl11O19-δ催化剂的制备和性能表征

制备了Ba调变Ni基复合氧化物催化剂LaxBa1-xNiAl11O19-δ,并通过XRD、XPS、TPR、TEM、BET和TGA等技术对催化剂的结构、性质和对甲烷二氧化碳重整制合成气反应的催化性能以及催化剂表面积炭情况进行了表征.结果表明,Ba调变后复合氧化物的微观结构随Ba调变量发生规律性变化,但结构的改变对催化剂的理化性质和催化性能均无明显影响,该系列Ni基复合氧化物都具有较好的催化活性以及较高的抗烧结和抗积炭性能,是甲烷二氧化碳重整制合成气反应选择氧化的良好催化剂.     

担载钒氧化物催化剂对丙烷选择氧化性能

用等体积浸渍法制备了SBA-15担载的钒基氧化物催化剂,使用X射线衍射（XRD）分析、氮气吸附、紫外激光拉曼、傅里叶变换红外（FTIR）光谱和紫外-可见漫反射（UV-Vis DRS）光谱对催化剂的结构进行了表征,并评价了催化剂对丙烷选择氧化的活性与选择性.实验结果表明SBA-15载体对丙烷选择氧化的活性优于常规的SiO₂载体.SBA-15担载的低载量催化剂是高分散的催化剂体系,在低钒载量（n（V）/n（Si）<2.5%）时,催化剂具有规则的六方介孔结构.低钒载量（n（V）/n（Si）<0.1%）时,隔离四配位的钒氧化物是丙烷选择氧化生成醛类化合物的活性物种;高钒载量（n（V）/n（Si）>2.5%）时,聚合六配位的钒氧化物和微晶钒氧化物是丙烷脱氢或深度氧化的活性物种.     

VPO催化剂P/V比对丙烷晶格氧选择氧化制丙烯酸和乙酸的影响

丙烷选择氧化制取丙烯酸(AA)和乙酸(HAc)是氧化深度大、反应过程复杂、包含氧化脱氢和选择性氧种进入分子等多重步骤的多相催化过程. 从催化剂设计的角度看,适用于该反应的催化剂必须在较温和的条件下对烷烃具有氧化脱氢的能力. 钒磷混合氧化物(VPO)是目前少有的这类催化剂. 在影响其催化性能的众多因素中,n(P)/n(V)比是个关键参数;丙烷-氧共进料连续流动氧化反应的适宜n(P)/n(V)比为1.05～1.15[1～4]. 丙烷在VPO催化剂上的选择氧化按晶格氧氧化机制进行,适合于循环流化床提升管(CFBR)反应工艺[5]. CFBR工艺在大幅度提高原料中烃的浓度、抑制深度氧化、降低未反应原料的循环费用等诸多方面具有明显的优势[6],特别适用于丙烷等小分子烷烃的选择氧化. 在CFBR工艺中,与烷烃起反应的氧全部来自催化剂. 因此,为了提高经济效益,要求催化剂有尽可能大的可逆储氧量. 本文用脉冲反应器考察了催化剂P/V比对丙烷氧化反应性能的影响.     

丙烷选择氧化的铋钼复合氧化物催化剂结构和催化性能

 应用X射线衍射（XRD）,傅里叶变换激光拉曼光谱（FT－LRS）和微型催化反应装置等测试手段研究了丙烷选择氧化的Bi－Mo复合氧化物催化剂的结构和催化性能．结果表明,Bi组分是丙烷催化氧化脱氢为丙烯的主要活性组分,而丙烯醛选择性的大小与Bi－Mo复合氧化物催化剂的组成和结构密切相关．不同组成的Bi－Mo复合氧化物催化剂在丙烷转化率（～28．0％）相近的情况下,其丙烯醛选择性随Mo／（Mo＋Bi）原子比的增加先逐渐增加,在Mo／（Mo＋Bi）原子比为0．50时达极大值（～28．1％）．随Mo／（Mo＋Bi）原子比进一步增加,丙烯醛选择性又急剧下降．XRD和FT－LRS结果表明,Bi2O3和MoO3之间可形成二元Bi－Mo－O晶相固溶体,从而显著提高了催化剂对选择氧化反应的催化性能．尤其是当α－Bi2（MoO4）3和γ－Bi2MoO6两相共存时,Bi－Mo复合氧化物催化剂具有较优良的选择氧化催化性能．γ－Bi2MoO6参与了α－Bi2（MoO4）3对丙烷的选择氧化,加速了选择氧化活性氧物种的再生．     

铋钒钼复合氧化物催化剂结构与丙烷选择氧化催化性能

用X射线衍射（XRD）、激光拉曼光谱（LRS）、程序升温还原（TPR）和微型反 应测试等手段研究了Bi-V-Mo-O复合氧化物催化剂组成、结构与丙烷选择性氧化催 化性能。结果表明不同组成的Bi-V-Mo-O复合氧化物催化剂可形成白钨矿型晶体结 构,丙烷选择氧化催化性能与催化剂组成和结构密切相关。Mo组分的引入使催化剂 的丙烷安全氧化催化性能受到抑制,丙烯醛选择性增加且在Mo/（V+Mo）原子比为 0.45时达极大值。Mo含量进一步增加,催化剂的丙烯选择性增加而丙烯醛选择性下 降。LRS和TPR结果表明,不同组成的Bi-V-Mo-O复合氧化物催化剂的丙烷选择氧化 催化性能与催化剂的金属氧物种性质相关联。     

Effect of diluent and reaction parameter on selective oxidation of propane over MoVTeNb catalyst using nanoflow catalytic reactor

The selective oxidation of propane to acrylic acid over an MoVTeNb mixed oxide catalyst, dried and calcined before reaction has been studied using high-throughput instrumentation, which is called nanoflow catalytic reactor. The effects of catalyst dilution on the catalytic performance of the MoVTeNb mixed oxide catalyst in selective oxidation of propane to acrylic acid were also investigated. The effects of some reaction parameters, such as gas hourly space velocity （GHSV） and reaction temperature, for selective oxidation of propane to acrylic acid over diluted MoVTeNb catalyst have also been studied. The configuration of the nanoflow is shown to be suitable for screen catalytic performance, and its operating conditions were mimicked closely to conventional laboratory as well as to industrial conditions. The results obtained provided very good reproducibility and it showed that preparation methods as well as reaction parameters can play significant roles in catalytic performance of these catalysts.     

BiMo基复合氧化物催化剂丙烷直接氧化至丙烯醛研究

The effects of the available zoon above the catalyst bed on the performance of the catalyst were investigated. It has been suggested that propylene is an intermediate species in the reaction of propane to acrolein， and a two-step reaction scheme is proposed， the first step is oxidative dehydrogenation of propane to propylene in the gas phase then followed by the second step， the selective oxidation of propylene to acrolein on the surface of the catalyst. The performance of the catalyst depends on both the oxidative dehydrogenation of propane to propylene in the gas phase and the selective oxidation of propylene to acrolein on the catalyst surface. The thermal cracking， homogeneous oxidative dehydrogenation and heterogeneous catalytic dehydrogenation of propane as well as the selective catalytic oxidation of propane to acrolein over BiMoO based mixed oxides catalysts were studied. Under the optimum reaction conditions of propane dehydrogenation and selective oxidation of propylene， the selectivity and the yield of acrolein approached to 45mol% and 14mol%， respectively under about 30mol% propane conversion.     

高分散隔离活性位催化剂中过渡金属离子结构对丙烷选择氧化反应性能的影响

考察了碱金属K修饰的SiO2负载极低含量过渡金属的高分散隔离活性位系列催化剂(K-M/SiO2(n(K)∶n(M)∶n(Si)=10∶1∶1000),M=V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn)的丙烷选择氧化催化性能,并运用UV-Raman和CO2-TPD等方法,对该系列催化剂进行了结构和物化性能表征,探讨了催化剂的表面离子结构与催化反应性能之间的关系。 发现钾修饰的SiO2负载过渡金属高分散隔离活性位催化剂上过渡金属离子的组态结构,对丙烷选择氧化反应性能有重要影响。相对稳定的全充满或无d电子的表面离子结构有利于选择氧化反应进行,而存在多种价态的相对不稳定的离子结构有利于深度氧化的进行。 这一离子结构与丙烷选择氧化催化性能的关系与前期乙烷选择氧化规律相似,进一步说明在高分散隔离活性位催化剂中,过渡金属离子的电子组态结构是影响低碳烷烃选择氧化反应性能的最重要因素。     

双溶剂浸渍法制备VOX/MCF催化剂及丙烷选择氧化

采用双溶剂法制备了负载型氧化钒类催化剂(VOx/MCF),N2物理吸附、X射线衍射、透射电镜、拉曼光谱、程序升温脱附、程序升温还原等系统研究了催化剂的物化性质并测试了其在丙烷选择氧化反应中的催化性能.结果表明,由双溶剂法制备的VOx/MCF催化剂具有较好的催化活性,且在氧化钒负载量基本一致的前提下,双溶剂法制备的VOx/MCF催化剂比普通浸渍法制备的VOx/MCF具有更高的催化活性,这与双溶剂法的制备过程可以使得钒物种尽可能进入载体内表面,有利于氧化钒的较好分散有关,而高度分散的氧化钒物种,正是丙烷选择氧化反应的活性中心.     

Selective oxidation of propane to acrylic acid over mixed metal oxide catalysts

The effects of metal atomic ratio, water content, oxygen content, and calcination temperature on the catalytic performances of MoVTeNbO mixed oxide catalyst system for the selective oxidation of propane to acrylic acid have been investigated and discussed. Among the catalysts studied, it was found that the MoVTeNbO catalyst calcined at a temperature of 600 ℃ showed the best performance in terms of propane conversion and selectivity for acrylic acid under an atmosphere of nitrogen. An effective MoVTeNbO oxide catalyst for propane selective oxidation to acrylic acid was obtained with a combination of a preferred metal atomic ratio （Mo1V0.31Te0.23Nb0.12）. The optimum reaction condition for the selective oxidation of propane was the molar ratio of C3H8 ：O2 ： H2O ： N2 = 4.4： 12.8 ： 15.3 ： 36.9. Under such conditions, the conversion of propane and the maximum yield of acrylic acid reached about 50% and 21%, respectively.     

丙烷选择氧化制丙烯醛催化剂中Ce的作用

考察了一系列助剂如:Cu、Zn、Mn、W、Ce、Pr、Nd等对Ag-Mo-P-O催化剂丙烷选择氧化制丙烯醛的影响.其中添加助剂Ce的Ag-Mo-P-O催化性能较好.添加Ce降低了丙烷氧化反应的活化能并有利于中间产物丙烯转化为丙烯醛.采用BET、XRD、H2-TPR、O2-TPD、C3H8-TPD和EPR等方法,研究了含Ce催化剂的结构和性质.结果表明,助剂Ce改善了催化剂的可还原性,并调变了催化剂中Mo5＋/Mo6＋比例,有利于催化剂上丙烷选择氧化生成丙烯醛,这可能归因于催化剂中形成Ce3＋＋Mo6＋Ce4＋＋Mo5＋氧化-还原循环的缘故.     

光热协同催化去除挥发性有机化合物和CO的研究进展

随着社会和经济的快速发展,环境污染和能源短缺等问题,尤其是空气污染,已经影响了人类的可持续发展.挥发性有机化合物(VOCs),如苯、甲苯、甲醛和丙酮是主要的空气污染物,它们主要来源于油漆、有机化学品、石油化工产品、药物和工业生产过程.大多VOCs具有特殊的气味,而且具有一定的毒性、致畸性和致癌作用,尤其是苯、甲苯和甲醛等,会对人类的身体健康产生巨大的负面作用.因此,研发新型高效VOCs处理技术迫在眉睫.除VOCs外,CO也是非常常见的空气污染物,在室温条件下,它无色无味,没有刺激性且易燃易爆.CO主要来源于煤和石油等含碳材料的不完全燃烧.在日常生活中很容易被排放到大气中.在室温下,CO分子是非常稳定的,很难与其它气体分子发生化学反应.因此,CO的活化和转化是一项具有挑战性的工作.催化氧化技术是在催化剂存在的条件下进行的氧化反应,可以将VOCs直接氧化成为无毒无害的CO₂和H₂O,也可将CO氧化成CO₂.光催化技术是一种新型的环境友好型技术,可在常温常压下进行,反应条件温和、能耗小、操作简单,成本低,氧化产物为无毒无害物质,以及不存在二次污染等优点.但光催化反应效率较低,主要通过入射光的能量驱动化学反应.热催化则通过升温的方法来驱动化学反应.目前,热催化剂主要为贵金属型催化剂,其具有催化活性较高,选择性较好且不存在二次污染等优点.但高能耗影响产物的稳定性和选择性,此外,贵金属的使用导致成本增加.光热协同催化可以整合光催化和热催化的优势,并弥补各自的不足,形成一种协同效应,是一种新颖的催化反应.目前,关于光催化或热催化高效去除VOCs和CO的综述较多,但很少有关于光热协同催化高效去除VOCs和CO的综述.本综述重点讨论光热协同催化高效去除VOCs和CO的最新研究进展.首先,介绍了光热协同催化的概况,如设计光热催化材料和催化反应器等.其次,重点介绍苯、甲苯、乙醇、甲醛、乙醛和丙酮等几种典型VOCs的光热协同催化的最新研究进展.再次,总结了光热协同催化CO加氢和氧化的最新研究进展.此外,还探讨了光热协同催化去除VOCs和CO的可能反应机理.最后,对光热协同催化的应用前景进行了展望.     

Key aspects of crystalline Mo-V-O-based catalysts active in the selective oxidation of propane

Mo-V-O-based complex metal oxide catalysts were synthesized hydrothermally for the first time, characterized structurally and tested in the selective oxidation of propane to acrylic acid, and the results obtained were compared on the basis of catalyst crystal structures in order to clarify key aspects of alkane selective oxidation over multifunctional metal oxide catalysts. The catalysts tested were black solids of rod-shaped crystals, which had a layer structure in the direction of fiber axis and various high dimensional arrangements of metal octahedra in the cross-section plane. A strong dependency on the octahedra arrangements and a facet dependency were observed, and the roles of metal elements in the course of selective oxidation of propane were clarified by comparing the catalytic performance of various Mo-V-O-based catalysts. We discuss the multi-functional character derived from high dimensional structures of the catalysts and mechanism of the selective oxidation of propane.     

Key aspects of crystalline Mo-V-O-based catalysts active in the selective oxidation of propane

Mo-V-O-based complex metal oxide catalysts were synthesized hydrothermally for the first time, characterized structurally and tested in the selective oxidation of propane to acrylic acid, and the results obtained were compared on the basis of catalyst crystal structures in order to clarify key aspects of alkane selective oxidation over multifunctional metal oxide catalysts. The catalysts tested were black solids of rod-shaped crystals, which had a layer structure in the direction of fiber axis and various high dimensional arrangements of metal octahedra in the cross-section plane. A strong dependency on the octahedra arrangements and a facet dependency were observed, and the roles of metal elements in the course of selective oxidation of propane were clarified by comparing the catalytic performance of various Mo-V-O-based catalysts. We discuss the multi-functional character derived from high dimensional structures of the catalysts and mechanism of the selective oxidation of propane.