铁基超细粒子催化剂的F-T反应性能研究——Ⅰ.Fe-Mn催化剂的反应性能、活性相结构及锰的作用

由复合物控制降解法制得的Fe-Mn超细粒子催化剂同时具有高的CO转化率和较高的低碳烯烃选择性,并能一定程度地抑制甲烷和高沸点烃的生成。反应初期催化剂的活性相是在不断变化的,导致了F-T活性和选择性随反应时间的不断改变。类尖晶石相(Mn_xFe_(3-x)O_4)是高转化率条件下稳定的F-T活性相。在稳态条件下,Mn主要以MnCO_3形式存在,它与铁物相紧密接触可以显著提高低碳烯烃选择性和降低甲烷选择性。     

Mn助剂加入方式对铁基催化剂F-T合成性能的影响

采用连续共沉淀与喷雾干燥成型技术相结合的方法制备了系列微球状Fe/Mn/K催化剂,结合H2 DTG、CO TPR、Mossbauer谱等表征手段,研究了Mn助剂的加入方式对铁基催化剂物相结构、还原和碳化行为以及F-T合成性能的影响。催化剂在浆态床反应器中以接近F-T合成实际工况条件 (250℃、1.5MPa、H2/CO=0.67和2.0L /(gcat·h)) 进行评价。结果表明,以共沉淀方式加入Mn助剂具有较强的Fe Mn相互作用,从而抑制了催化剂的还原和碳化,降低了催化剂的活性,提高了催化剂的稳定性。而以部分共沉淀和黏结剂方式加入Mn助剂促进了催化剂的还原和碳化,提高了反应活性加速了催化剂的失活。与共沉淀Mn相比,部分共沉淀和黏结剂Mn提高了重质烃和烯烃的选择性,同时抑制了有机含氧化合物的生成。     

高分散费—托合成铁／活性炭催化剂的研究：Ⅴ.锰的助剂作用

使用原位穆斯堡尔谱和微型反应器考察了物相、锰含量和制备方法对Fe-Mn/AC催化剂F-T反应性的影响,并讨论了Fe-Mn/AC催化剂的表面结构及其与F-T反应性的关系。对于Fe-Mn/AC催化剂,将铁还原到金属态时具有很高的活性和对气态烯烃和高碳烃的选择性,锰含量对催化剂的活性和选择性影响不大;影响催化剂选择性的主要是受制备制约的铁-锰在活性炭载体表面的结构形态,对此我们提出了模型,只有当铁-锰处于高分散状态,作为助剂锰才能改善催化剂对气态烯烃和高碳烃的选择性,否则锰反而起不利的作用。     

Cu、K助剂对FeMn/SiO2催化费托合成的影响

研究了Cu、K助剂对共沉淀型FeMn/SiO2催化剂还原行为、吸附行为及费托(F-T)合成活性和选择性的影响. Cu助剂以与Fe、Mn、SiO2共沉淀的方式引入, 而K助剂是在喷雾干燥前均匀加入沉淀浆料引入的. 结果表明, Cu可明显提高催化剂的还原性能, K助剂能促进催化剂在CO中的还原但抑制在H2中的还原, 而同时加入Cu和K会进一步促进催化剂在H2或CO中的还原; Cu助剂能促进H2吸附而K助剂对H2吸附无明显影响; Cu在一定程度上提高了F-T合成活性, 缩短了反应诱导期, K明显促进了CO的转化而相对抑制了H2的转化, 并且延长了反应的诱导期, Cu与K协同作用不仅提高反应的转化率而且缩短了反应的诱导期; K使得烃产物平均分子量增加, Cu单独对烃产物分布影响不明显, 而与K共同作用会进一步增加烃产物的分子量.     

Effects of Zn promoter on the structure and Fischer-Tropsch performance of iron catalyst

采用低温N2吸附、XRD、MES、CO-TPR和H2-DTG研究了Zn(100 gFe/x gZn,x=7～100)助剂对Fischer-Tropsch(F-T)合成Fe基催化剂的织构性质、还原行为以及相变结构的影响；在H2/CO=2.0、260℃、1.5 MPa和4000 mL/(g·h)条件下在固定床反应器上考察了Zn助剂含量对Fe基催化剂F-T合成反应活性、烃产物选择性和运行稳定性的影响.研究结果表明,随着Zn含量的增加,氧化态催化剂的物相由α-Fe2O3和ZnFe2O4逐渐向ZnFe2O4和ZnO转变,ZnFe2O4在催化剂中优先生成,只有在超出其计量比1∶2之后才有ZnO出现.由于ZnFe2O4较为稳定,能够促进催化剂中Fe物相的分散,导致比表面积增加.在还原和反应态催化剂中,ZnFe2O4一方面抑制催化剂的过度还原和碳化；另一方面表现为稳定活性相铁碳化物.催化剂的F-T反应性能评价结果表明,纯铁催化剂由于铁碳化物氧化而迅速失活,而Zn助剂催化剂却由于ZnFe2O4的稳定作用,活性较为稳定.同时,由于催化剂在反应初相变的影响,导致Zn助剂催化剂的初始烯烃选择性随着Zn含量的增加而增加,在相态稳定之后选择性趋于一致.     

CO吸附原位红外光谱结合分子模拟计算研究FCC汽油加氢脱硫催化剂的选择性

以脱硫选择性不同的2组催化裂化汽油加氢脱硫催化剂为研究对象, 采用CO吸附原位红外光谱表征了2组催化剂的活性相特征, 并通过分子模拟计算方法比较了助剂Co加入前后噻吩和1-己烯在催化剂表面的电荷分布、吸附能及其加氢反应的活化能等, 探讨了助剂Co的加入对选择性加氢脱硫催化剂脱硫选择性的作用机理. 结果表明, 加氢脱硫催化剂CoMoS活性相的增加有利于提高催化剂的加氢脱硫/加氢降烯烃(HDS/HYD)选择性. 与1-己烯加氢位相比, Co的加入显著提高了噻吩分子加氢位的缺电子性, 噻吩在催化剂表面的吸附度增强, 显著降低噻吩加氢反应的能垒, 从而使噻吩加氢反应更易进行. 这也表明CoMoS为高HDS活性、高HDS/HYD选择性的活性相.     

FCC汽油低温改质过程的烯烃转化及催化剂积炭

利用微反-色谱联合实验装置和连续式小型提升管催化裂化实验装置研究了催化裂化汽油低温改质过程中烯烃转化和催化剂积炭的过程和规律。通过对模型化合物和催化裂化汽油改质过程中催化剂活性、催化裂化汽油窄馏分、反应温度、剂油比和反应时间对烯烃转化和催化剂积炭的研究表明，大部分烯烃转化和催化剂积炭的反应发生在油剂接触极短的反应时间内，并随着催化剂活性、反应物活性、剂油比和反应温度的提高而增加。在油剂接触后很长的反应时间内，生焦量、积炭速率和烯烃的转化程度都很小，烯烃转化损失率降低，因此，催化裂化汽油在低温改质的条件下可以通过延长反应时间来提高烯烃的转化率。因此，催化裂化汽油改质的最佳工艺条件为，390℃～440℃，剂油比6，催化剂活性61～65，长反应时间，轻馏分进料。     

高分散费-托合成铁/活性炭催化剂的研究 Ⅳ.催化剂特性

使用原位穆斯堡尔谱和微型反应器考察了铁/活性炭催化剂在不同物相时的F-T反应性以及在实际反应中的物相及其变化,并讨论了铁/活性炭系催化剂不同于传统F-T铁催化剂的特性。发现金属态铁比还原到Fe_3O_4时具有高得多的活性和对烯烃和高碳烃的选择性。在实际反应中,金属铁可转化为碳化铁(ε’-Fe_(2·2)C、ε-Fe_2C和x-Fe_5C_2)并受担载铁粒径的制约,但这些碳化铁与F-T反应性间似没有确定的相依关系。影响F-T反应性的主要是铁在载体上的分散度以及铁质,即活性炭与载体的相互作用。铁与活性炭间合适的相互作用既使铁有较高的还原度,又可能调变铁的电子性不仅是载体,还可能起着电子给予体的作用,促进碳链的增长。而活性炭丰富的微孔又限制了过长链烃的生成。这些特点使得铁/活性炭催化剂具备活性高、气态烯烃和高碳烃(C_5~+)选择性高以及烃分布相对集中的优点。     

Zn对沉淀铁催化剂结构及其F-T合成性能的影响

采用低温N₂吸附、XRD、MES、CO-TPR和H₂-DTG研究了Zn(100 gFe/x gZn, x=7～100)助剂对 Fischer-Tropsch (F-T) 合成Fe基催化剂的织构性质、还原行为以及相变结构的影响;在H₂/CO=2.0、260 ℃、1.5 MPa和4000 mL/(g·h) 条件下在固定床反应器上考察了Zn助剂含量对Fe基催化剂F-T合成反应活性、烃产物选择性和运行稳定性的影响。研究结果表明,随着Zn含量的增加,氧化态催化剂的物相由α-Fe₂O₃和ZnFe₂O₄逐渐向ZnFe₂O₄和ZnO转变,ZnFe₂O₄在催化剂中优先生成,只有在超出其计量比1∶2之后才有ZnO出现。由于ZnFe₂O₄较为稳定,能够促进催化剂中Fe物相的分散,导致比表面积增加。在还原和反应态催化剂中,ZnFe₂O₄一方面抑制催化剂的过度还原和碳化;另一方面表现为稳定活性相铁碳化物。催化剂的F-T反应性能评价结果表明,纯铁催化剂由于铁碳化物氧化而迅速失活,而Zn助剂催化剂却由于ZnFe₂O₄的稳定作用,活性较为稳定。同时,由于催化剂在反应初相变的影响,导致Zn助剂催化剂的初始烯烃选择性随着Zn含量的增加而增加,在相态稳定之后选择性趋于一致。     

一氧化碳和氢一步合成汽油

本文研究了CO H_2直接合成汽油反应中复合催化剂的催化特性。复合催化剂是由F-T 催化剂与ZSM-5分子筛组成的,包括沉淀钻/ZSM-5(Ⅰ)、铁-锰/ZSM-5(Ⅰ)和熔铁/ZSM-5(Ⅱ)催化剂。由于ZSM-5是具有独特的形状选择性的固体酸催化剂,因而改善了F-T 合成反应的选择性。试验结果证明,复合催化剂使F-T 反应产物中无大于C_(11)的烃类,汽油收率较高,且其中含有大量芳烃,提高了汽油质量。同时产物中也无含氧化台物。根据合成产物组成分析结果,对于复合催化剂上CO H_2反应途径进行了若干探讨。     

中孔分子筛负载的钴基催化剂F-T合成反应研究

以中孔分子筛HMS-2为载体,浸渍法制香钴质量分数为15.00%的钴基催化剂,F-T合成反应研究表明：载体焙烧时间对F-T合成反应性能影响不大;Co/HMS-2催化剂的F-T合成反应在运行141.00h达到483.00K后,在H2/CO摩尔比为2.00,压力2.00MPa,空速500.00h^-1反应条件下,CO转化率达到88.00%,烃选择性保持在98.00%左右,烃分布中C5^+含量可达85.00%左右,进一步运转了384.00h,CO转化率仅下降了9.00%,而烃选择性和烃分布几乎不变,说明Co/HMS-2催化剂F-T合成反应性能和稳定性优异。载体中孔结构在473.00K催化剂开始F-T合成反应24.00h后已经塌陷,随后催化剂结构趋于稳定。     

超细SiO2负载型水溶性铑膦配合物催化剂研究

用超细SiO2负载水溶性铑膦配合物,并研究其对1-已烯氢甲酰化的催化性能。结果表明,粒径为10-20nm的超细SiO2负载水溶性铑膦配合物所表现的催化活性比颗粒SiO2负载型催化剂高3倍多,且可在较宽的含水量范围内保持高反应活性。当膦铑摩尔比为50,超细SiO2负载型催化剂含水量为25%-55%（质量分数）、烯铑摩尔比为2500、反应温度373K和CO/H2（1/1,体积比）压力4.0MPa的反应条件下,其1-已烯氢甲酰化的反应转化数为450h^-1,产物醛的选择性为100%,醛的n/i比值达3.2。     

氮掺杂有序介孔碳负载超小尺寸铂纳米颗粒催化硝基苯类化合物选择加氢

氮掺杂有序介孔碳材料不仅具有高的比表面积、大的孔容和均一可调的孔径等优点,其骨架中丰富的氮原子还可以对材料的物理化学性质、配位金属电荷密度等进行调控,是一类优异的催化剂载体.本文利用软模板(嵌段共聚物F127为模板),以间氨基苯酚为碳源和氮前体,制备出较高含氮量(9.58 wt%)和比表面积(417 m2/g),以及规则孔径分布的介孔碳材料.结果表明,制备的材料具有三维立方相结构.以该碳材料作为载体,使用传统浸渍氢气还原的策略负载纳米铂颗粒.发现氮掺杂的载体能够有效控制金属纳米颗粒的尺寸,可实现超小尺寸Pt纳米颗粒的有效负载(1.0±0.5 nm),且纳米颗粒均匀分布于介孔碳材料的孔道中.相比而言,使用相同负载方法的情况下,以不掺氮的介孔碳材料为载体,纳米粒子的尺寸较难控制(4.4±1.7 nm)且会发生孔道外颗粒聚集的情况.研究表明,骨架中的氮原子与金属间弱的相互作用对纳米粒子有稳定作用.这对制备超小尺寸的金属纳米粒子催化剂具有一定的指导意义.此外,由于纳米粒子的尺寸将大大影响催化剂活性中心的暴露程度,进而影响催化剂活性.因此,我们以硝基苯类化合物的氢化反应来评价该催化剂的催化性能.在室温和1 MPa H2的温和条件下,氮掺杂的介孔碳负载催化剂表现出了优异的催化性能.反应0.5 h,对氯硝基苯可完全转化,且选择性高达99%.相比而言,商业化的Pt/C催化剂上反应的转化率和选择性分别为89%和90%.其它传统催化剂的比较,如Pt/SiO2,Pt/TiO2,同样表明,氮掺杂介孔碳负载的催化剂具有更优异的催化性能.在相同反应条件下,Pt/SiO2催化剂只能得到46%的转化率和93%的选择性,而Pt/TiO2催化剂虽然能够实现完全转化,但选择性也仅为91%.由此可见,氮掺杂的负载催化剂可大大提高反应活性和选择性,能有效抑制脱氯现象的发生.这种高的催化性能可能与催化剂的介孔结构、氮功能化载体以及超小尺寸的Pt纳米粒子的稳定有关.由于氮原子和介孔孔道的限域作用,氮掺杂介孔碳负载的催化剂也具有良好的催化稳定性,循环使用10次后,催化活性和选择性几乎没有下降.结果表明,循环使用后的催化剂金属粒子尺寸变化不大,进一步表明氮掺杂介孔碳载体对金属纳米颗粒的稳定作用.     

Hydroformylation and hydrocarbethoxylation of 1,2-dicarbethoxy-1,2,3,6-tetrahydropyridazine and 1,2-dicarbethoxy-1,2,3,4-tetrahydropyridazine

The unsaturated compounds 1,2-dicarbethoxy-1,2,3,6-tetrahydropyridazine 1 and 1,2-dicarbethoxy-1,2,3,4-tetrahydropyridazine 2 have been hydroformylated and hydrocarbethoxylated in the presence of some well known cobalt, rhodium, palladium and platinum catalysts. The hydroformylation reaction can be tuned by a suitable choice of the catalyst precursor and reaction conditions, thus allowing the synthesis with high selectivity of one of the two possible isomeric aldehydes. The carbonylation reaction is less synthetically useful, since it shows low activity and unsatisfactory chemo- and regio-selectivity. However, the ester 1,2,4-tricarbethoxyhexahydropyridazine 10 can be prepared in good yield from olefin 1 by using the complex [PdCl₂(PPh₃)₂] as the catalyst precursor.     

碳化对超细Fe-Mn催化剂CO加氢反应行为的影响

以超细Fe-Mn催化剂为前驱体,对其进行了CH₄/H₂气氛下的高温碳化及反应行为研究。结果表明,高温碳化后,催化剂比表面积明显降低,主要物相结构为FeO-MnO尖晶石和α-Fe相,并有大量碳化铁微晶生成。在CO加氢反应中,碳化过程明显提高了烯烃选择性,降低了CH₄选择性,促进了链增长。结果认为,碳化过程改变了催化剂表面化学性质,增强了表面碱性,抑制了二次加氢反应,提高了烯烃选择性。     

铁基超细粒子催化剂结构与还原行为的Mssbauer谱研究

铁基超细粒子催化剂具有优良的F-T反应性能。本工作利用原位Mssbauer谱辅以XRD技术研究了含有钾助剂的F-T合成铁基超细粒子催化剂的结构与还原行为,考察了催化剂组成和第二金属组分(Mn,Zn,Mg)的影响。“纯”铁超细粒子催化剂在氢气中很容易经Fe_3O_4还原为零价铁。第二金属组分的引入,一方面阻碍了催化剂的还原,另一方面稳定了Fe~(2+)的存在而使其成为还原的主要中间相,这有利于反应条件下形成类尖晶石结构的活性相。对于Fe-Mn催化剂,上述效应随锰含量的增加而更趋显著。铁基超细粒子催化剂在氢气中的还原能力依“纯”Fe>Fe-Zn>Fe-Mn>Fe-Mg的顺序递减,这在一定程度上反映了铁与第二金属组分之间相互作用的强弱。     

在Raney Fe催化剂上F-T合成产物的分布和选择性

在浆态相Ｆ－Ｔ合成的连续搅拌釜反应器中,研究了ＲａｎｅｙＦｅ系列催化剂和其它工业铁基催化剂的性能。结果发现,ＲａｎｅｙＦｅ的前驱体对其性能影响很大。由Ａ１／Ｆｅ比为３的合金得到的ＲａｎｅｙＦｅ表现出了良好的活性稳定性,常规条件下ＣＯ的转化接近完全,其较大的中孔分布可能对初级产物的扩散限制较小,因而生成的２－烯烃和异构烃就少。也比较分析了催化剂固载量和粒度对ＲａｎｅｙＦｅ上的烷烃选择性的影响。此外,从产物分布的规律来看,在ＲａｎｃｙＦｅ催化剂上以生成高碳数烷烃和低碳数烯烃为主。     

The Effect of Neodymia on the Activity of Hydrocarbon Synthesis Catalysts from Carbon Dioxide

Inrecentyears,ironbasecatalystswereusedforcarbondioxidehydrogenationtolightolefinathighpressure'-'andatnormalpressure,Fe-Cobimetalliccatalystshowsgoodcarbondioxidehydrogenationactivitytolightolefins'6.Althoughhydrocarbonisthermodynamicfavoredthanthatofcarbonmonoxideatlowertemperature,thecatalysisactivityofFe-Cobimetalliccatalystisnothighenoughforhydrocarbonsynthesis.Inthispaper,neodymiawasaddedintothecatalysttoimproveitsactivityandlightolefinselectivity.TheFe-Cobimetalliccatalystswereprepare…     

Visible light-induced partial oxidation of olefins on Cr-containing silica with molecular oxygen

Photocatalytic oxidation of olefins on Cr-containing silica with molecular oxygen by visible light irradiation (lambda > 400 nm) has been investigated. Cr-SiO(2) catalyst prepared by a conventional sol-gel method, containing highly dispersed chromate species, catalyzes efficient olefin oxidation with very high selectivity for partially oxidized products (>90%), whereas semiconductor TiO(2) promotes complete decomposition (CO(2) production). The Cr-SiO(2) catalyst shows much higher activity than Cr/SiO(2) prepared by an impregnation method or Cr proportional variant MCM-41 prepared by a templating method. ESR analysis reveals that photoirradiation of the chromate species with a tetrahedral coordination (T(d)(6+)) on Cr/SiO(2) and Cr proportional variant MCM-41 catalysts leads to the formation of excited state T(d)(5+) species (T(d)(5+*)), while irradiation to T(d)(6+) on Cr-SiO(2) produces T(d)(4+*) species. This can be explained by a homogeneous T(d)(6+) arrangement with Si species on the Cr-SiO(2) catalyst. On the strongly reduced T(d)(4+*), olefins are strongly attracted by an electron and/or proton donation, resulting in high oxidation activity. The Cr-SiO(2) catalyst is applicable to partial oxidation of various aliphatic and aromatic olefins with very high selectivity, and does not promote undesirable dimerization. The obtained findings suggest a potential use of Cr-SiO(2) as an efficient and recyclable heterogeneous photocatalyst for partial oxidation of olefins.