CO2氧化异丁烷制异丁烯用Pd/V2O5-SiO2催化剂

 利用表面化学反应改性法制备了不同V2O5负载量的V2O5-SiO2表面复合物载体,进而采用等体积浸渍法制备了负载型Pd催化剂. 用N2吸附、 X射线衍射、透射电镜、 X射线光电子能谱、程序升温脱附、化学吸附-红外光谱和微反技术对系列Pd/V2O5-SiO2催化剂的比表面积、晶相结构、价态、异丁烷的化学吸附性能和CO2部分氧化异丁烷制异丁烯的催化性能进行了研究. 结果表明, Pd/V2O5-SiO2催化剂中的钒以V5+形式存在, V5+在催化剂表面形成活性位V=O, 其中 V=O 晶格氧与 i-C4H10分子的-CH3 和-CH 中的H产生化学吸附作用; 催化剂中金属Pd与V4+协同作用使CO2在催化剂上产生了卧式吸附态; 晶格氧参加了催化氧化反应,催化剂中 V5+←→V4+ 的变化构成了催化反应的氧化还原过程. 在525 ℃, CO2/i-C4H10体积比为1和空速为 1200 h-1的条件下,以Pd/25%V2O5-SiO2为催化剂时异丁烷转化率为22.8%, 异丁烯选择性为89.1%.     

VOx/SBA-15催化剂上甲苯气相部分氧化

采用等体积浸渍法制备了不同负载量的VOx/SBA-15催化剂。UV-Vis和H2-TPR等表征结果表明,在较低钒负载量下,钒物种的分散程度较高,主要以孤立的VO4 3－以及少量聚合体V－O－V形式存在;钒负载量较高时会有大量的聚合体V－O－V甚至晶相V2O5出现,而且,催化剂的酸性随着钒物种的高度分散而降低。甲苯气相部分氧化反应结果表明,随着钒负载量的提高,苯甲醛的选择性先升后降,CO、CO2等选择性逐渐提高。这是由于催化剂存在大量的聚合体V－O－V和晶相V2O5时,聚集态钒物种表面较多的酸量促使苯甲醛深度氧化。在相同钒负载量下,催化剂VOx/SBA-15的钒物种分散状态优于VOx/MCM-41和VOx/SiO2,从而使得催化剂VOx/SBA-15呈现较高的苯甲醛选择性。     

超临界流体干燥方法在丁烷选择性氧化制顺酐

分别用超临界流体干燥方法和传统方法制备了用于丁烷选择性氧化制顺酐的VPO催化剂. 用超临界流体干燥方法制备的催化剂VPOⅡ的比表面积高达38.8 m2/g,而用传统方法制备的催化剂VPOⅠ的比表面积只有10.7 m2/g. XRD分析表明,除催化剂VPOⅡ中的VOPO4相含量比催化剂VPOⅠ稍多外,这两种催化剂的主要结构均为(VO)2P2O7相. 在有氧和无氧条件下进行的丁烷氧化制顺酐的催化反应结果表明,用超临界流体干燥方法制备的催化剂不仅具有较高的顺酐收率,而且含有更多的可在无氧条件下参与选择性氧化反应的晶格氧(催化剂VPOⅡ的可利用选择性晶格氧量比催化剂VPOⅠ增加了1.5倍). 用超临界流体干燥方法可以改善催化剂性能的原因可能与催化剂具有较大的比表面积和较多的V5+有关.     

丙烷选择氧化用VPO／SiO2催化剂的研究

 摘要：对比研究了VPO和VPO／SiO2催化剂的结构、表面元素氧化态、还\r\n原性及其对丙烷选择氧化反应的催化性能．与VPO催化剂相比，VPO／S\r\niO2催化剂具有较大的比表面积；VPO主要以（VO）2P2O7的形式高度分散于SiO2表面；VPO／SiO2催化剂的还原温度较低；VPO／SiO2催化剂与丙烷的相互作用较强；在反应条件下，VPO／SiO2催化剂的活性较高，但产物丙烯的选择性较低，并有丙烯醛等C3含氧化合物生成．这可能是由于VPO／SiO2催化剂表面的V与Si发生了相互作用之故．随着VPO担载量的增加，VPO／SiO2催化剂的比表面积减小；催化剂的还原温度略有升高，可还原的晶格氧量增加；催化剂表面与丙烷的相互作用增强；丙烷转化率升高而丙烯选择性降低，丙烯醛选择性在5％VPO／SiO2催化剂上最高．这可能是由于随着VPO担载量的增加，催化剂表面晶格氧的密度增大所致．     

固相球磨法制备丙烷氧化脱氢V2O5/NiO催化剂

以不同温度焙烧制备的NiO和V2O5为前驱物,采用固相球磨法制备了V2O5/NiO催化剂,考察了前驱物的焙烧温度对该催化剂丙烷氧化脱氢制丙烯反应性能的影响,并采用x射线衍射、N2物理吸附、电感耦合等离子体原子发射光谱、透射电子显微镜、H2程序升温还原和x射线光电子能谱等对催化剂进行了表征.结果表明,固相球磨法制备的V2O5/NiO催化剂表现出较好的丙烷氧化脱氢制丙烯催化性能,当以400℃焙烧的氧化物为前驱体时,V2O5/NiO催化剂表面含有较多的未完全还原氧物种Oδ-,因而表现出了较高的丙烯选择性.在475℃反应时,丙烷转化率可达20.1%,丙烯选择性达到71.2%.     

不同孔道结构的氧化硅负载钒氧化物催化丙烷氧化脱氢

采用固定床微型反应装置,结合催化剂的原位电子自旋共振光谱、程序升温表面反应和紫外漫反射光谱等技术,研究了丙烷氧化脱氢的介孔氧化硅负载钒氧化物催化剂的性能和表面氧物种的状态及其反应性.结果表明,催化剂载体孔结构是影响钒氧物种分散状态乃至催化性能的一个重要因素.SBA-15负载钒氧化物催化剂因具有较大的比表面积和较大的孔径,不仅具有较高的丙烷氧化脱氢催化活性,而且具有较高的丙烯选择性.复合型钒氧化物催化剂表面与V离子相连的晶格氧物种是丙烷氧化脱氢牛成内烯的主要活性物种,载体表面高度分散的钒氧物种具有较高的丙烷氧化脱氢催化活性.负载型钒氧化物催化剂晶格氧物种是丙烷氧化脱氢转化为丙稀的主要活性物种,CO_2分子可以再生钒氧化物催化剂的晶格氧物种,同时它对丙烯的深度氧化作用较弱,因此在负载型钒氧化物催化剂上CO_2氧化丙烷可高选择性地生成丙烯.     

钙钛矿型氧化催化剂CO氧化机制研究

用柠檬酸络合法制备了La1-xSrxCo1-yZryO3氧化催化剂,研究了其钙钛矿结构的生成温度,在连续流动的反应体系上测定了催化剂的CO氧化活性,用CO还原测定了晶格氧活动度, IR光谱研究了CO的吸附物种.结果表明, La1-xSrxCo1-yZryO3具有很高的CO催化氧化活性,活性中心是表面吸附的氧物种(O2-或 O-)和Con+离子.     

Ru-La2O3/γ-Al2O3催化剂合成、表征及CO选择性氧化

采用浸渍法制备了系列Ru-La2O3/γ-Al2O3复合氧化物催化剂,考察了La2O3 的加入量、预处理方法对催化剂CO选择性氧化反应性能的影响,并通过XRD、H2-TPR、CO-TPR、XPS等手段对催化剂进行了表征。结果表明,添加La的 Ru1La6/Al2O3催化剂在110-170℃时具有99％以上的CO转化率,且催化剂的选择性在55.7%以上。和Ru/Al2O3相比,Ru1La6/Al2O3催化剂在较低温度下具有活性,活性温度区间变宽,适量La2O3的加入提高了钌物种的表面分散性,使催化剂表面活性位点增多,有利于CO的吸附和氧化,提高了催化剂的活性和选择性。和其他方法相比,经氢气预处理后的Ru1La6/Al2O3催化剂活性最佳,催化剂上Ru物种结合能降低,表面钌物种活性位增多,且表面晶格氧浓度增大,更有利于CO气体在催化剂表面上的氧化反应。     

负载型VPO催化剂选择性催化苯乙烯合成苯甲醛

制备了多种载体（MCM-41、ZSM-5、γ-Al2O3、TiO2）负载的Ni-VPO催化剂,对催化剂进行XRD、FT-IR、SEM表征,考察了它们在苯乙烯催化氧化选择性合成苯甲醛反应中的活性。结果表明,Ni-VPO/TiO2对苯乙烯催化氧化反应具有最好的转化率和选择性,在优化条件下,苯乙烯转化率为91.2%,苯甲醛选择性76%。认为TiO2载体提高了(VO)2P2O7在载体表面的分散程度,抑制(VO)2P2O7的聚合,以及可能发生的TiO2与VPO某种程度的键联,是催化活性提高的主要原因。     

氧化钛负载脱硝催化剂的碱中毒过程：氧化钒的保留和氧化钨的牺牲

V2O5-WO3/TiO2催化剂目前已广泛用于电厂和工业锅炉燃烧废气脱硝,但燃烧原料煤及石油中含有的杂质元素碱金属与碱土金属元素可吸附在催化剂上,不仅会减少催化剂酸性位的数量,还会与催化活性元素结合生成惰性物种,导致催化剂失活。因此,已有许多有关钒钨钛催化剂碱中毒的研究,从催化剂的氧化还原能力、酸性位损失及表面孔结构等方面进行了讨论。但这些研究大多集中在碱中毒对活性组分V2O5的影响及中毒催化剂的活性变化,很少涉及催化剂中WO3的作用,也缺乏有关不同活性元素与钾盐反应的实验证据。本文采用过量浸渍法制备了不同钒和钨含量的钒钨钛催化剂,研究了氯化钾对其氨法选择性催化还原(NH3-SCR)活性的失活效应。利用感应耦合等离子体、N2吸附、拉曼光谱、H2程序升温还原、NH3吸附红外光谱和NH3氧化活性等手段对新鲜和中毒催化剂的性质进行了表征,特别探讨了V2O5和WO3对催化剂抗碱中毒能力的贡献。
　　催化剂活性测试结果表明, V2O5含量越高,活性温度窗口越宽,而且含有WO3的三元催化剂活性高于V2O5/TiO2二元催化剂。催化剂的BET比表面积和孔结构取决于TiO2载体,随活性组分配比变化不大,说明催化剂物理结构性质并非影响活性的主要因素。原位红外光谱及H2程序升温还原测试结果表明,随V2O5含量提高,催化剂表面Br?nsted酸性位数量及氧化还原能力提高。作为反应的主要活性物种, V2O5在碱中毒处理后变成惰性的偏钒酸钾KVO3,使催化剂中Br?nsted酸性位减少,热稳定性下降,并削弱了催化剂的氧化还原能力,因此低钒含量的催化剂容易严重中毒失活。在高钒负载量(3%)时,部分V2O5在碱中毒后得以保留,从而使催化剂保持了一定的脱硝催化活性。
　　另外, WO3能给催化剂表面提供热稳定的酸性位,虽然WO3自身的氧化还原能力差,但其能改善V2O5的分散性,从而提高V2O5-WO3/TiO2催化剂的活性。除此之外, WO3在催化剂碱中毒过程中还能扮演牺牲剂,与钾反应生成钨酸钾(K2WO4),即在V2O5与钾离子结合形成KVO3的同时,部分WO3也会与钾反应形成K2WO4,可以使三元催化剂保留更多的活性V物种。因此,在所研究的催化剂中,高钒负载量的V2O5-WO3/TiO2催化剂表现出最好的抗碱中毒能力。
　　活性影响因素分析表明,对于新鲜催化剂,其表面吸附的NH3量足够多,催化剂活性与表面酸性相关度不大,脱硝效率主要取决于催化剂的氧化还原能力。但是,对于碱中毒处理后的催化剂,其表面吸附NH3的能力大大削弱,这时脱硝效率除了受催化剂氧化还原能力影响,在很大程度上也依赖于催化剂的表面酸性。     

钒基催化剂在双氧水存在下对甲、乙苯液相选择氧化的研究

研究了若干钒基催化剂在双氧水存在下对甲、乙苯的液相选择性氧化催化性能.结果表明:在乙腈为溶剂的反应体系中,所研究的钒基催化剂包括VPO,VOPO₄,V₂O₅,VO(acac)₂和NH₄VO₃等均表现出以苯甲醛为甲苯选择性氧化主产物和以苯乙酮为乙苯选择氧化主产物的反应结果;从反应活性和主产物选择性来看,按以下顺序递减:VPO＞V₂O₅＞VOPO₄＞VO(acac)₂＞NH₄VO₃.对于具有(VO)₂P₂O₇晶相的VPO催化剂,在双氧水存在下对甲苯选择性氧化主产物苯甲醛的最高选择性为58.8%,乙苯选择性氧化主产物苯乙酮的最高选择性为67.8%;其催化性能与P/V比、焙烧条件、双氧水的使用量、反应溶剂等有关.从已有的实验结果推测,钒基催化剂在双氧水存在下的甲、乙苯选择氧化反应与V⁵⁺/V⁴⁺的"氧化-还原"作用密切相关.     

Operando and in situ Raman studies of alumina-supported vanadium phosphate catalysts in propane ammoxidation reaction: activity, selectivity and active phase formation

Alumina-supported VPO materials are efficient catalysts for acrylonitrile production by the propane ammoxidation reaction. In order to understand the structure-activity relationship and the nature of active sites, operando Raman-GC analyses follow the states of vanadium and phosphorous species on an alumina support during ammoxidation. These oxides were supported on γ-alumina by incipient wetness impregnation at a total V + P loading of two monolayers, which led to incipient formation of nanoscaled VPO crystallites possessing a high surface-to-volume ratio. Since catalysis occurs at the catalyst surface, which is related to the surface and outermost layers, this approach allows studying surface species phase transformations near the surface, and relates changes in activity and selectivity to variations in composition and structure. Dispersed surface V(5+) species appear selective to acetonitrile and V(4+) species would promote selectivity to acrylonitrile. This study suggests that V(3+) is probably involved in redox processes during propane ammoxidation and that the balance between these vanadium species would be determined by activation process.     

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.     

丙烷氨氧化V／Sb系复合氧化物催化剂的研究

考察了不同组成的Ｖ－Ｓｂ－Ｏ系复合氧化物对丙烷氨氧化的催化活性。用ＸＲＤ研究了催化剂的结构，利用程序升温方法研究了催化剂中氧的活动性和表面酸碱性，讨论了催化剂体相和表面结构与催化性能间的关系。结果表明，ＶＳｂＯ４和Ｓｂ２Ｏ４间的协同作用是影响催化活性的重要因素。     

用于丁烷选择氧化制顺酐的铈锆复合钒磷氧催化剂的研究

 在钒磷氧（VPO）催化剂中添加适量铈锆复合氧化物，得到了一\r\n种新型的铈锆复合钒磷氧催化剂．该催化剂对丁烷选择性氧化制顺酐反\r\n应的催化性能比纯VPO催化剂有了显著提高．在丁烷／空气共进料反应\r\n条件下，其顺酐收率比纯VPO催化剂提高了一倍；在无氧反应条件下，\r\n其可参与选择性氧化制顺酐的晶格氧量为纯VPO催化剂的2．2倍．BET比\r\n表面积测试、X射线衍射、钒平均价态测定和程序升温实验等表征结果\r\n表明，混合在催化剂活性相中的少量铈锆复合氧化物参与了VPO体系的\r\n氧化还原过程，并起到了以下两方面的作用：（1）促进了（VO）2P2O\r\n7相的形成，稳定了钒的平均价态，有利于最终形成晶相结构良好和反\r\n应性能稳定的VPO催化剂；（2）显著提高了VPO催化剂的氧化还原性能\r\n，大大增加了催化剂的可逆储氧量．     

草酸处理对丙烷氨氧化催化剂Sb-V-O结构和催化性能的影响

以不同量的草酸处理钒的起始原料,采用共沉淀法制备了VSb3混合氧化物催化剂,运用N2低温吸附、X射线衍射、X射线光电子能谱和H2程序升温还原等方法对催化剂进行了表征,并考察了其在丙烷氨氧化反应中的催化性能.结果表明,草酸的处理可使所得样品中V处于较低的价态,从而有利于活性相SbVO4的生成.当草酸/V(摩尔比)为3时,所制VSb3混合氧化物中存在较多的活性相SbVO4,且其表面具有适量Sb和V的分布,使催化剂具有良好的氧化/还原性能平衡,因而在丙烷氨氧化反应中表现出更高的活性和丙烯腈选择性.     

甲苯气相选择氧化制苯甲醛 Ⅳ.助剂锂、钾、铯对V_2O_5/TiO_2催化剂性能的影响

在Ｖ２Ｏ５／ＴｉＯ２催化剂中分别添加Ｌｉ、Ｋ、Ｃｓ等碱金属离子，利用ＢＥＴ、ＸＲＤ、ＸＰＳ、Ｈ２－ＴＰＲ、Ｏ２－ＴＰＤ－ＭＳ和化学分析方法，研究了催化剂结构和性能的变化．结果表明，催化剂在添加不同碱金属离子后，其结构和表面活性氧发生了很大变化．Ｋ离子可以改善催化剂的活性、提高反应选择性；Ｌｉ离子能提高催化剂活性，但在相当宽的温度范围内使反应选择性下降；在６９３Ｋ以下，Ｃｓ离子对催化剂的活性和选择性均起抑制作用．     

Effect of the surface vanadium valence state on activity and selectivity properties of (VO)2P2O7 used as catalyst in the ammoxidation of toluene

The effect of the surface vanadium valence state of a (VO)₂P₂O₇ catalyst, which was changed by reductive as well as oxidative pretreatment, on its catalytic properties in toluene ammoxidation to benzonitrile is reported.     

nV-MCM-41 催化剂的制备及其催化 CO2氧化丙烷脱氢反应性能

丙烯是一种重要的化工原料, 其下游产品丰富, 用途广泛, 主要用于生产聚丙烯、丙烯腈、丙烯酸和丁醇等化工产品.丙烯的需求正在不断增长, 而传统的丙烯生产方法如蒸汽裂解和石油催化裂化, 存在反应温度高、积碳严重且丙烯收率较低等问题. 因此研制丙烷脱氢制取丙烯的高效催化剂尤为重要. 研究发现, 以 CO2作为温和氧化剂进行逆水气变换反应可有效促进丙烷脱氢. 催化剂主要由活性组分与载体构成, 本文选择可用于活化丙烷的钒作为主要活性组分. 钒氧化物在载体上的高度分散是提高丙烷脱氢反应活性的关键. MCM-41 拥有较大的比表面积和高度有序的介孔结构, 可更有效地分散活性位点. 本文采用一步法合成了不同钒含量的 nV-MCM-41 催化剂 (1.9-10.6 wt%), 并研究了其在以下条件下催化丙烷氧化脱氢制丙烯反应性能: 600 °C, 催化剂质量 0.2 g, 进料气体组成 C3H8/CO2/Ar (摩尔比) = 1/4/4, 进料气体总流量 15 mL/min. 其中 6.8V-MCM-41 催化剂具有最高的活性, 其初始丙烷转化率达 58%, 丙烯选择性达 92%, 远高于相似反应条件下早期研究的 nV-SBA-15 催化剂. 并在四次反应-再生循环中始终保持其原来的高反应活性. 本文借助于 N2吸附-脱附、拉曼光谱 (Raman)、X 射线光电子能谱 (XPS)和热重 (TG) 等手段探究了不同钒含量的 nV-MCM-41 催化剂在丙烷脱氢反应中催化性能差异的原因.氮气吸附-脱附结果表明, 所有催化剂都存在典型的高度有序的介孔结构, 并没有因为钒组分的掺杂而破坏. nV-MCM-41催化剂拥有较大比表面积,并随钒掺杂量的增加而减小. 其中,10.8V-MCM-41催化剂的比表面积急剧下降,可能是由于产生了结晶的 V2O5阻塞了孔道. Raman 结果表明, 当钒负载量超过 6.8 wt% 时, 出现了 V2O5的结晶峰. 另外根据单分散的四面体钒氧化物的特征峰面积发现, 6.8V-MCM-41 催化剂中钒物种分散度最高, 与其具有最高催化活性结果一致. XPS 结果也进一步证明 6.8V-MCM-41 钒物种的分散度最高. 在连续反应过程中 6.8V-MCM-41 催化剂失活较快,可归结于活性钒位点的还原与催化剂表面的积碳. 通过氧化再生, 可恢复催化剂活性, 并且在 4 次再生循环中始终保持其良好稳定的活性.