碳六烃类在HY沸石上的吸附及结炭过程研究 Ⅱ.结炭过程中烃结构的变化

应用红外光谱技术研究了异己烷、己烯-1、环己烯、苯等不同结构碳六烃在HY沸石表面结炭过程中的结构变化过程。发现在实验温度范围内(≤400℃),观察不到烷烃和苯的结炭,己烯-1、环乙烯在100—150℃即可结炭。环己烯于室温吸附后,在1523cm~(-1)处产生一新的吸收谱带,可能是形成了环烯正碳离子。反应温度高于100℃时,吸附烃结构进一步发生变化形成低环芳烃,随温度升高,进而发生歧化、环化、加成、异构化等反应,最终形成带有多侧链的多环芳烃结构的焦炭物质。己烯-1与环己烯具有类似的结炭历程。     

改性八面沸石上结炭的红外光谱研究：Ⅴ.酸性位在结炭中的作用

催化反应中生成的焦炭常会阻塞沸石孔道或覆盖活性中心,从而使反应活性和选择性大大下降。针对沸石结炭的研究报导已有不少,但至今人们对结炭过程的认识还很模糊,酸强度及酸种类对结炭反应的影响也有待进一步研究。 沸石表面酸性位既是烃吸附位又是重要的结炭活性中心,B酸和L酸与探针分子—吡啶作用后可分别在1540、1450cm~(-1)处定量产生红外吸收谱带。本文在前文的基础上研究了SiCl_4同晶取代Y沸石上酸种类及酸强度在结炭反应中的作用。     

环己烯／HY体系中环烯碳正离子的形成及其转化

采用紫外漫反射光谱和红外光谱研究丁环已烯/HY体系中环烯碳正离子的形成及其进一步转化,两种方法结果相当吻合且互相充实。环己烯在室温吸附后,在UV-VIS、IR谱图中分别于350 nm、1530 cm~(-1)处产生与环烯碳正离子相关的吸收谱带。沸石酸性是出现这一结果的决定因素。在低温下(≤150℃)环烯碳正离子可转化成苯,从UV-VIS谱图尚看到链状多烯碳正离子存在,在温度高于150℃时,可观察到明显的催化剂结炭,所形成焦炭具有多支链多环芳烃结构性质。     

丝光沸石催化剂的结焦失活研究

用ＧＣ－ＭＳ，ＨＮＭＲ和元素分析研究了结焦的钯／氢型丝光沸石催化剂上焦炭的分子性质，用ＦＴ－ＩＲ，ＴＰＤ，ＴＰＯ，微孔分析和活性评价等考察了催化剂结焦前后性质的变化。结果表明，催化剂上可溶性焦炭为二至四环的多环芳烃，它们滞留在分子筛孔内起覆盖活性中心的作用，且是进一步生成高碳氢比焦炭的前身物，结炭反应主要发生在酸中心上，随着结炭量的增加，催化剂上Ｂ中心大量减少，表面积和孔体积亦相应减小，与焦炭分子     

改性Y沸石上的氢转移反应

本文试图用环已烯和邻二甲苯两典型反应考察改性Y沸石的氢转移反应性能。发现在改性Y沸石上环已烯的氢转移, 异构化和聚合反应时发生。在反应开始时SY沸石的氢转移反应和异构化反应活性与铝含量之间的关系与沸石强酸量和铝含量的关系一致, 呈火山形曲线, 极大值在Al/(Al+Si)为0.15左右, 结焦以后反应总转化迅速下降, 且氢转移活性和异构化活性随铝含量减少而单调下降。USY沸石的氢转移活性大幅度降低。在改性Y沸石上邻二甲苯异构化和歧化反应同时进行, SY沸石的歧化反应变化规律与环乙烯氢转移反应相似。当沸石样品中有大量非质子酸位存在时, 两个反应的数据会出现予盾。     

低碳烃芳构化过程中HZSM－5催化剂结炭规律的研究

用ＧＣ、ＴＰＯ－ＧＣ、ＮＨ＿３－ＴＰＤ和ＴＥＭ等方法，测定了丙烷在ＨＺＳＭ－５沸石上芳构化过程中，催化剂的活性、结炭量、结炭Ｃ／Ｈ比、酸密度等，考察了催化剂的结炭量与其它参数之间的关系。结果表明，在反应温度为８７３Ｋ，进料空速ＷＨＳＶ＝５ｈ￣（－１）时，丙烷在ＨｚＳＭ－５上的结炭首先发生在沸石晶体的外表面的活性中心上（结炭量１．８％之前）；结炭量为１．８～３．４％时，主要在孔道交叉点结炭；结炭量在３．４～５．７％时，孔道已有受限或阻塞现象发生，导致一些富氢的结炭物在孔道内生成。     

十氢萘在分子筛催化剂上的开环反应研究

在小型固定流化床(FFB)装置中研究了Y分子筛与ZSM-5分子筛催化剂上的十氢萘裂化开环反应性能,考察了温度和剂油比对Y分子筛开环反应催化性能的影响。结果表明,十氢萘在分子筛催化剂上通过环烷环开环反应生成丙烷、丙烯、丁烷、丁烯、甲基戊烷和环戊烷、环己烷等非芳烃以及苯、C_1~4烷基取代苯等单环芳烃,并通过脱氢缩合反应生成四氢萘、萘、甲基萘和菲、芘等多环芳烃甚至焦炭等。由于扩散和吸附性能的影响,ZSM-5分子筛催化剂的裂化开环反应选择性比Y分子筛催化剂的高,因此,十氢萘环烷环开环与脱氢缩合反应的相对比例(NRO/DHC)在ZSM-5分子筛催化剂上较高。在Y分子筛催化剂上,温度为450~550 ℃、剂油比为3~9,反应温度升高或者剂油比增加,双分子氢转移以及脱氢缩合反应增强,从而导致环烷环开环产物选择性降低。     

低碳烃芳构化过程中HZSM—5催化剂结炭规律的研究

用ＧＣ、ＴＰＯ－ＧＣ、ＮＨ３－ＴＰＤ和ＴＥＭ等方面，测定了丙烷在ＨＺＳＭ－５沸石上芳构化过程中，催化剂的活性、结炭量、结炭Ｃ／Ｈ比、酸密度等，考察了催化剂的结炭量与其它参数之间的关系。结果表明，在反应温度为８７３Ｋ，进料空速ＷＨＳＶ＝５ｈ＾－１时，丙烷在ＨＺＳＭ－５上的结炭首先发生在沸石晶体的外表面的活性中心上；结炭量为１．８－３．４％时，主要在孔道交叉点结炭；结炭量在３．４－５．７％时，孔道已有     

催化裂化装置沉降器内结焦的微观结构及其生长过程的分析

对催化裂化装置（FCCU）沉降器内结焦的微观结构进行分析，结果表明，结焦形态主要有4种，丝状焦、滴状焦、块状焦和颗粒状焦。各种结焦形态的成因机理不同，微观结构及生长过程也不同。丝状焦是由铁、镍金属元素催化烃类气体，以及易生焦物发生脱氢缩合反应，以催化剂颗粒形成结焦中心并逐渐长大形成细丝状焦炭；滴状焦是由稠环芳烃脱氢缩合反应而生成，高沸点未汽化油滴黏附在催化剂颗粒或器壁表面形成“焦核”，即由重芳烃、胶质、沥青质脱氢缩合反应和二烯烃聚合环化反应而生成的；块状焦是高沸点未汽化油滴相互溶解后，再脱氢缩合反应或聚合环化反应而形成的结焦；颗粒状焦是油气在气相中脱氢缩合反应或聚合环化反应形成的微小结焦颗粒相互团聚形成的颗粒簇。催化裂化装置沉降器内的结焦一般是上述几种结焦过程的组合，是催化结焦和非催化结焦过程共同作用的结果。     

龙脑烯醛同单重态氧反应的立体选择性

用竹红菌甲素匹配高压钠灯光敏氧化龙脑烯醛,高产率并有立体选择性地获得反应主产物,α-(2,2-二甲基-3-亚甲基-4-羟基-1-环戊烷基)乙醛。反应具有协同的“ene”反应特性。反应的立体选择性被龙脑烯醛的分子构象,取代基的空间位阻效应和烯丙基氢的轴向定位所控制。羰基同环戊烯基的相互隐蔽的分子构象对反应的立体选择性起关键作用。     

基于对环芳烷骨架的邻碘苯磺酸类催化剂的合成及其催化氧化性能

以对环芳烷为基本骨架结构,经磺化、上保护和脱氢上碘反应合成了新的邻碘苯磺酸类催化剂4-磺酸基-5-碘-[2.2]对环芳烃,其结构经¹H NMR, ¹³C NMR, IR, MS和元素分析表征。并以2,5-二甲基苯酚为底物,测试其催化效率。结果表明最佳反应条件为：催化剂用量为5 mmol%,在过硫酸氢钾复合盐（1 eq.）和10 mmol%四丁基硫酸氢铵存在下,在干燥碳酸二甲酯中于室温反应24 h,产物环化二聚体收率85%。     

HZSM-5沸石的酸性和芳构化活性研究

较系统地研究了质子化方法、硅铝比、焙烧温度和水热处理条件对HZSM-5沸石的酸性和芳构化活性的影响,比较了不同方法合成的ZSM-5芳构化性能。结果表明:用直接法合成的ZSM-5氢型的芳构化活性较高,且Si/Al 越低,芳构化活性越高。质子化方法对HZSM-5芳构化活性影响不大。B酸量和L酸量均随HZSM-5的Si/Al降低而增加,酸性羟基的稳定性则随Si/Al增加而提高。红外光谱上以1547cm~(-1)表征的B酸量和以3610cm~(-1)表征的羟基量随HZSM-5的焙烧温度升高而近似平行地下降。L 酸量则随焙烧温度升高开始增加,然后迅速下降。水热处理在一定的温度和水汽量范围内,对HZSM-5的酸强度分布和芳构化活性影响不大,超过这个范围,酸性和活性迅速降低。Si-OH-Al 基酸强度不均匀,将最强B酸与芳构化活性相关联,表明最强B酸位是HZSM-5芳构化的活性中心。     

烯烃在HZSM-5分子筛上原位芳构化反应的研究

烯烃在ZSM-5分子筛上转化成芳烃的反应是一个非常复杂的反应,既包括聚合裂解反应,又包括氢转移、脱氢环化反应,同时也包括烷基转移和脱烷基等反应,对于这一复杂反应的机理研究较少.Vedrine等人[1]认为烯烃首先在酸性位上通过氢转移生成戊二烯正碳离子,接着环化以及扩环反应生成     

Ga2O3/HZSM-5催化剂上丙烷脱氢反应

以直接水热合成和低硅沸石高温水蒸气脱铝两种方法制备了不同Si/Al摩尔比的HZSM-5载体, 考察了Ga₂O₃/HZSM-5催化剂上丙烷脱氢制丙烯的反应性能. 结合XRD, N₂气吸附, ²⁷Al MAS NMR和NH₃-TPD等表征方法, 讨论了催化剂酸性质和孔性质与性能的关系. 实验结果表明, 减少催化剂表面的中强酸量可以显著提高反应的稳定性和丙烯的选择性; 水蒸气脱铝所增加的介孔有同样的效果, 这可能是由于介孔的存在有利于丙烯的脱附和扩散而抑制了寡聚、环化等副反应的发生, 减少了表面积炭的可能性.     

高效利用稻壳热解炭制备吸附炭与硅酸钙

报道了一种稻壳热解炭高效综合利用的方法.以稻壳热解炭为碳源和硅源,采用同步溶硅活化法分离碳和硅,采用碱溶液表面修饰法制备吸附炭,采用氧化钙沉淀法制备硅酸钙并回收碱溶液.以对孔雀石绿溶液的脱色率作为评价吸附炭性能的指标,考察制得的吸附炭的吸附性能.实验结果表明,在优化的条件下(pH=7、吸附温度30℃、吸附时间60 min),吸附炭的脱色率可达到99.9%.利用X射线衍射研究了不同钙/硅摩尔比(Ca/Si)和热处理温度下制备的硅酸钙的晶型结构.发现Ca/Si摩尔比和热处理温度对硅酸钙的晶型结构存在影响.当Ca/Si摩尔比为3,热处理温度为800℃时可以获得α_L'-Ca_2SiO_4型稻壳基硅酸钙.采用统计学方法考察了Ca/Si摩尔比、反应温度和反应时间对碱回收率的影响.其影响大小顺序为:Ca/Si摩尔比,反应温度,反应时间.当Ca/Si摩尔比为3.0时,在90℃下反应1 h后碱回收率达到100%.     

(±)-茶螺烷酮的合成

在超声辐射下,β-环柠檬醛与丙酮经加成反应制得中间体3;3经硼氢化钠还原、硫酸氢钾催化脱水环化、N-羟基邻苯二甲酰亚胺/乙酰丙酮亚钴(Ⅱ)[NHPI/Co(acac)2]催化氧化烯丙位碳合成了(±)-茶螺烷酮,总收率54.5%,其结构经1HNMR,IR,MS和元素分析表征。     

通过异喹啉盐与环状1,3-二酮一锅合成二氢异喹啉-3-酮-1,4-桥环结构

异喹啉盐具有两个亲电位点, 用它与双亲核试剂发生去芳构化/环化反应, 是高效构建异喹啉桥环结构的有效策略. 然而, 这一策略主要集中在1,3-桥环结构的合成. 最近利用异喹啉盐与4-羟基香豆素反应, 首次实现了二氢异喹 啉-3-酮-1,4-桥环的合成. 但是, 当用环状1,3-二酮代替4-羟基香豆素反应时, 意外地得到了异喹啉-1,3,4(2H)-三酮. 利用高分辨质谱分析发现, 这一意外转化是由于环状1,3-二酮发生O-亲核取代后, 消除2-溴-1,3-环状二酮, 得到4-溴异喹啉-3(2H)-酮. 该中间体发生两次连续水解/空气氧化后, 得到了异喹啉-1,3,4(2H)-三酮. 基于此机理的认识, 向反应体系中添加催化量的三氟甲烷磺酸后, 成功抑制了环状1,3-二酮的O-亲核取代反应, 顺利得到了二氢异喹啉-3-酮的1,4-桥环结构(33个反应实例). 反应条件温和, 提供了一种构建异喹啉1,4-桥环骨架的高效合成方法.     

调变 MTO反应中双循环机理的比重：ZSM-5分子筛上不同接触时间的作用

低碳烯烃(乙烯、丙烯和丁烯)是重要的有机化工原料,是现代石油化工的基础,主要通过石脑油裂解和烷烃脱氢制备。现阶段我国原油对外依存度已超过60%,“多煤、缺油、少气”的能源现状决定了以煤或天然气为原料经甲醇制取石化产品成为一种重要的替代途径。甲醇制取低碳烯烃(MTO)过程成为连接煤化工和石油化工的桥梁。 ZSM-5分子筛以其高效的甲醇转化能力、优异的低碳烯烃选择性和出色的抗积碳性能成为非常理想的 MTO反应催化剂。研究发现 ZSM-5分子筛催化 MTO反应过程中,乙烯的生成规律与其它 C3–C7链状烯烃不一致,认为乙烯主要来源于芳烃缩环/扩环循环,而 C3–C7链状烯烃主要来源于烯烃甲基化/裂解循环,两种循环同时存在。本文于300°C在 ZSM-5分子筛上进行 MTO反应,通过考察不同空速(WHSV)条件下的 MTO反应性能和分析催化剂内留存物种的生成和所起的作用,研究甲醇转化机理。气相流出物种和催化剂内留存物种的分析表明, ZSM-5分子筛催化 MTO反应时遵循双循环机理——以多甲基苯和多甲基环戊二烯为主要活性物种的芳烃循环机理和以链状烯烃为主要活性物种的烯烃循环机理。在双循环机理中,芳烃循环和烯烃循环并不是简单叠加,而是相互影响,芳烃循环产生的烯烃可以作为烯烃循环的活性物种促进烯烃循环,烯烃循环中较高级的烯烃经过环化、氢转移作用,能够转化成富氢的烷烃和贫氢的芳烃、环戊二烯物种,贫氢的芳烃和环戊二烯物种又可以作为芳烃循环的主要物种促进芳烃循环的进行。氢转移反应是联系烯烃循环和芳烃循环的重要过程,与反应过程中原料甲醇与催化剂床层的接触时间有关,12C/13C甲醇切换实验揭示了双循环机理与氢转移反应的相关性,通过调变原料甲醇与催化剂床层的接触时间,可以调变氢转移反应的剧烈程度,进而对催化剂上芳烃循环和烯烃循环的甲醇转化能力产生不同的影响。当空速较低时,进料甲醇与催化剂床层的接触时间较长,有利于产物烯烃的氢转移反应,加速了分子筛催化剂上芳烃物种和环戊二烯物种的生成和累积,促进了芳烃循环,主要由芳烃循环生成的乙烯和多甲基苯的气相选择性提高;反之,当空速较高时,进料甲醇与催化剂床层的接触时间减少,产物烯烃的氢转移反应受到抑制,氢转移反应的产物——芳烃和环戊二烯物种的生成数量和累积速率降低,芳烃循环活性不高,使得烯烃循环成为甲醇转化的主要途径, C3–C7烯烃显示出更高的活性,在气相流出物种中的选择性也更高。总之,原料甲醇与催化剂床层的接触时间能够显著影响催化剂内留存物种的生成和累积,进而改变两种循环的比重。这些发现对于实现 ZSM-5分子筛催化 MTO反应过程中的产物烯烃和芳烃的选择性调控具有重要意义。     

碳六烃类在HY沸石上的吸附及结炭过程研究 Ⅰ.烃结构与吸附特性

应用红外光谱研究了异己烷、正己烷、己烯-1、环己烯、苯等碳六烃在Y沸石表面的吸附过程。发现烃吸附后,超笼羟基消失;不饱和烃吸附后,同时还在3400—3000cm~(-1)区出现一个峰巅频率不同的大峰包,系烃类的离域π电子与表面羟基作用形成氢键的结果。小笼羟基程度不等地向低频位移,这些作用随不饱和烃π键增强而加剧。小笼羟基强度有增强的现象,这可能是由于吸附的烃类使超笼羟基指向小笼或质子迁移所引起。小笼羟基增强程度与烃的H/C比、烃吸附量及烃结构有明显的依赖关系。     

顺, 顺-1,5-环辛二烯的单重态氧反应及其产物的重排

本文报道用竹红菌甲素作光敏剂匹配高压钠灯光源, 对1,5-环辛二烯(1)进行单重态氧氧化反应, 高产率和立体选择性地得到顺-5,8-二(氢过氧基)-1,3-环辛二烯(7). 证明了7还原产物顺-5,8-二烃基-1,3-环辛二烯(8)热重排的产物是6-羟基-4-环辛烯酮(3). 而不是6-羟基-3-环辛烯酮(6). 并讨论了热重排过程的机理.