尿素燃烧法制备CuO-ZnO/HZSM-5及其催化CO_2加氢合成二甲醚的性能

以尿素为燃烧剂,先采用燃烧法制备CuO-ZnO催化剂,接着采用研磨法将其与HZSM-5分子筛均匀混合形成CuO-ZnO/HZSM-5双功能催化剂.采用固定床反应器,在反应温度260℃、压力3.0 MPa、空速1 500 h-1条件下,考察了不同Cu/Zn(摩尔比)催化剂在CO_2加氢合成二甲醚反应中的催化性能.通过XRD、N_2等温吸附脱附、H2-TPR、NH3-TPD对催化剂进行表征,研究了不同Cu/Zn对催化剂结构及表面酸性的影响.结果表明:当Cu∶Z n=6∶4时,催化剂对CO_2催化加氢直接合成二甲醚反应的催化活性和选择性最佳,CO_2的转化率、DME的选择性分别为11.95%和28.74%,且在催化剂上具有更多的低温还原Cu和较强的酸中心,从而提高了CO_2加氢活性和二甲醚的选择性.     

CO_2加氢制二甲醚La_(1-y)Zr_yCu_(0.7)Zn_(0.3)O_x/HZSM-5催化剂的性能研究

先采用溶胶凝胶法制备了La_(1-y)Zr_yCu_(0.7)Zn_(0.3)O_x(y代表Zr/La+Zr的摩尔比,分别为0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5),接着采用研磨法将其与HZSM-5分子筛均匀混合形成La_(1-y)Zr_yCu_(0.7)Zn_(0.3)O_x/HZSM-5催化剂,考察了不同Zr含量催化剂在CO2加氢合成二甲醚反应中的催化性能.并以XRD、N2等温吸附脱附、H2-TPR、NH3-TPD对催化剂结构进行表征,研究了Zr含量对催化剂结构及表面酸性的影响.结果表明,催化剂性能与Zr含量有密切联系,适量的Zr可以促进催化剂中活性组分的分散,降低活性组分的晶粒尺寸,加强了活性组分与其它组分之间的相互作用,提供合适的表面酸性,从而能促进CO2的转化,提高二甲醚的选择性,降低副产物CO的选择性.此外还考察了反应温度、空速对催化剂反应性能的影响及催化剂的稳定性.     

等离子体还原催化剂在CO_2甲烷化反应中的活性

采用浸渍法和原位生长水滑石法制备了Ni-Ce/γ-Al2O3和Ni-Ce-LDHs/γ-Al2O32种不同类型的催化剂前驱体,考察了2种前驱体分别经氩-氢等离子体和常规氢热方法还原所得催化剂在CO_2甲烷化反应中的活性.结果表明,等离子体还原催化剂的低温活性明显高于常规氢热还原催化剂,主要表现为前者反应启动的临界温度点比后者低20~30℃.采用X射线衍射(XRD)分析、透射电子显微镜(TEM)、CO_2程序升温脱附(CO_2-TPD)以及X射线光电子能谱(XPS)对所得催化剂的形貌和结构进行了表征.结果表明,等离子体还原催化剂具有较小的活性组分粒径、较高的活性组分分散度以及较高的表面碱性,这些特性有利于催化剂活性位对CO_2的化学吸附,使其在甲烷化反应中表现出较好的低温活性.     

蒸氨法制备Ni/SiO_2催化剂及其在2-MF加氢制2-MTHF反应中的应用

以硝酸镍为镍源,碱性硅溶胶为硅源,采用蒸氨法制备了Ni/SiO_2催化剂。通过XRD、N_2等温吸附脱附、H_2-TPR、NH_3-TPD、XPS和TG对催化剂进行表征。采用固定床反应器,考察了催化剂焙烧温度及反应条件对催化剂应用于2-甲基呋喃(2-MF)气相加氢合成2-甲基四氢呋喃(2-MTHF)的反应性能。结果表明,蒸氨法制备的Ni/SiO_2催化剂在焙烧后均呈现层状硅酸镍结构,还原后保持了该结构,活性组分Ni晶粒尺寸较小、金属载体相互作用较强,从而具有较高的活性。催化剂的焙烧温度影响催化剂Ni晶粒尺寸及催化剂的表面酸性。在500℃焙烧条件下制备的催化剂性能最佳,优化反应条件下,2-MF转化率100%,2-MTHF选择性为93.5%,反应15 h内催化性能稳定;含碳的有机物在催化剂表面沉积是催化剂失活的主要原因。     

CO2加氢制备二甲醚CuO-ZnO-Al2O3/HZSM-5催化剂的研究

以无水乙醇为溶剂,草酸为沉淀剂,采用悬浮共沉淀法,一步合成CuO-ZnO-Al2O3/HZSM-5双功能催化剂.并研究了该催化剂在CO2加氢合成二甲醚反应中的催化性能,考察了CO2加氢合成甲醇组分(CuO-ZnO-Al2O3)与甲醇脱水组分(HZSM-5)配比对催化剂性能的影响以及催化剂的稳定性.结果表明,双功能催化剂加氢与脱水组分配比为8∶1时,对CO2加氢直接合成二甲醚有较高的催化性能:在固定床反应器中,温度为270℃,压力为3.0 MPa,空速为4 800 h-1的反应条件下,CO2的单程转化率达到29.8%,二甲醚的选择性和收率分别达到53.8%和16%.XRD、BET、TPR和NH3-TPD对催化剂结构表征结果表明,不同组分配比影响双功能复合催化剂中脱水组分的酸性和加氢组分的结晶度、晶粒尺寸、CuO的还原性.     

ZrO2添加方法对CuO—ZnO—ZrO2催化剂性能的影响

研究了ZrO_2的两种加入法所得CuO-ZnO-ZrO_2催化剂对CO_2加H_2合成CH_3OH反应催化活性的影响,得到催化剂的最佳含量组成及各种操作条件下的活性规律。采用BET、XRD、TPR、XPS等手段对催化剂表面晶相组成、活性组分存在状态进行了探讨。     

Co/Al_2O_3-SiO_2催化剂的F-T反应性能的研究

通过浸渍法制备不同含量SiO_2改性的Co/Al_2O_3催化剂,结合N2吸附-脱附、XRD、H2-TPR、XPS等表征手段,研究SiO_2助剂对钴基催化剂物相结构、还原行为及F-T合成性能的影响。结果表明,适量的SiO_2改性后,有效地减弱了载体与活性组分钴之间的相互作用,显著地提高了催化剂的还原度和催化活性。但继续增加SiO_2的含量,催化剂的还原度继续提高,分散度同时下降32%,与未改性之前相比,催化剂的活性基本没有改变。     

高分散Cu-Al_2O_3催化剂选择氢解生物质基糠醇制备1,2-和1,5-戊二醇(英文)

生物质是唯一可再生的有机碳资源,开发清洁高效稳定的催化剂体系,将富氧的生物质及其平台化合物高选择性的C–O键氢解转化为可供石化行业利用的高附加值产品成为当前的研究热点.糠醛可由农林副产物如玉米芯,甘蔗渣和秸秆等中富含的半纤维素经酸水解而得.采用便宜的糠醛及其衍生物糠醇和四氢糠醇为原料,通过温和条件下一步选择氢解合成高附加值的1,2-和/或1,5-戊二醇的研究受到了越来越多的关注,但目前的研究主要集中在Ru,Rh,Pt和Ir等贵金属催化剂,对无铬非贵金属催化剂的研究甚少;此外,目前文献报道催化剂的活性和选择性还有待提高.开发清洁高效的非贵金属催化剂在温和条件下选择氢解糠醇或糠醛是目前面临的一项难题.我们的最新研究发现采用以水滑石为前驱体制备的弱碱性Cu-Mg_3AlO_(4.5)双功能催化剂在糠醇选择氢解反应中表现出优异的催化性能,在413 K和6 MPa的温和条件下可取得约80%的戊二醇总收率.虽然碱性载体有利于稳定糠醇氢解中间体并抑制羟基脱水从而提高戊二醇选择性,但也有文献报道酸性载体或助剂同样对呋喃衍生物的选择氢解制二元醇有促进作用.为了研究固体酸负载的双功能催化剂在糠醇氢解中的催化性能,我们采用共沉淀法制备了酸性Al_2O_3载体分散的不同Cu含量(2–30 wt%)的纳米双功能催化剂,并对比考察了其他不同载体(SiO_2,TiO_2,ZrO_2,MgO和ZnO)负载的催化剂,Al_2O_3负载的Ni,Co和Pt催化剂及商业Cu-Cr催化剂的糠醇氢解性能.研究发现,在金属负载量相同时,Cu-Al_2O_3催化剂表现出最优异的糠醇氢解性能,而Cu-Al_2O_3催化剂的转化率随Cu铜含量的升高先增高后降低,在20 wt%时达最高,而戊二醇的总选择性在10 wt%时达最高.为了揭示Cu-Al_2O_3催化剂在糠醇氢解反应中的构效关系,采用X射线衍射(XRD),透射电镜(TEM),N_2物理吸附,N_2O化学吸附和NH_3/CO_2程序升温脱附(NH_3/CO_2-TPD)等多种物理化学手段对催化剂的结构和表面性质进行了表征.XRD,TEM和N_2O化学吸附的表征结果说明,共沉淀法制备的Cu-Al_2O_3催化剂中Cu颗粒高分散于Al_2O_3载体上,且两者结合紧密.NH_3/CO_2-TPD表征发现,Cu-Al_2O_3催化剂中酸性位占主导地位,随铜含量的升高表面酸量递减.由于不同Cu含量的Cu-Al_2O_3催化剂中Cu颗粒尺寸,酸碱量和Cu与载体之间相互作用等因素的差异,在催化糠醇选择氢解中表现出不同的催化性能.通过关联催化剂中Cu颗粒尺寸与戊二醇生成TOF发现,该反应为结构敏感性反应,催化剂的TOF受Cu颗粒尺寸控制,Cu颗粒尺寸在1.9–2.4 nm范围内时取得最高的催化活性.催化剂的表面酸碱性也是影响Cu-Al_2O_3催化性能的另一重要原因,适当增加Cu-Al_2O_3催化剂的表面酸性可以提高糠醇氢解活性和戊二醇选择性,但是采用强酸性载体时,反应副产物急剧增加而降低戊二醇选择性,增加催化剂的碱性同样对催化活性和选择性不利.通过比较不同制备方法合成的Cu-Al_2O_3催化剂的糠醇氢解性能发现,催化剂中高分散的Cu与酸性Al_2O_3载体之间的高效紧密接触是取得高戊二醇收率的关键,同时催化剂中Cu不同的电子状态,可能也会影响催化性能.在考察催化剂的循环使用过程中发现,催化剂的结构稳定,使用多次后催化剂织构结构未发生明显变化,性能未发生明显下降.此外,我们还考察了反应温度,氢气分压,催化剂量和反应时间等动力学条件对Cu-Al_2O_3催化剂性能的影响,发现催化剂活性和产物的选择性均受反应条件明显影响,在优化条件(413 K,8.0 MPa H2)下,采用共沉淀法制备的10Cu-Al_2O_3催化剂可以取得约70%戊二醇的选择性和60%的总收率.结合对实验结果的分析及相关文献报道,我们还推测了Cu-Al_2O_3双功能催化剂上糠醇氢解的反应路径.     

表面酸性对Ni/SiO_2-Al_2O_3催化剂催化1,4-丁炔二醇高压加氢性能的影响

通过浸渍法分别在Al(OH)_3和Al_2O_3中引入SiO_2,经焙烧后制备具有不同表面酸性质的SiO_2-Al_2O_3载体,以上述SiO_2-Al_2O_3及Al_2O_3为载体,采用等体积浸渍法制备Ni负载量为15%的Ni/SiO_2-Al_2O_3催化剂(分别为Ni/SA-1和Ni/SA-2)与Ni/Al_2O_3.采用N2物理吸附、Py-FTIR、NH3-TPD、XRD、H2-TPR和H2-TPD手段对催化剂进行表征,考察了表面酸性质对催化剂催化1,4-丁炔二醇高压加氢性能的影响.结果表明,SiO_2引入方式会影响Ni/Al_2O_3催化剂表面酸性质及活性组分Ni在载体表面的分散行为.在Al(OH)3中引入SiO_2时,Ni/SA-1催化剂不仅活性组分具有高分散度,而且表面具有丰富的L酸位点,L酸位点与Ni活性中心协同作用有效提高了催化剂的高压加氢性能.而在Al_2O_3中直接引入SiO_2时,SiO_2覆盖了Al_2O_3表面的L酸位点,催化剂活性组分分散度较低,表现出低的加氢活性.     

镧助剂对铜硅催化剂结构及其甘油氢解性能影响研究

在沉淀凝胶法制备的Cu/SiO2催化剂中采用浸渍法添加La助剂,制备了一系列不同La含量的Cu-La2O3/SiO2催化剂,利用BET、XRD、TPR、XPS和TEM对催化剂进行了系统表征,并在高压反应釜中对其进行了甘油氢解制备1,2-丙二醇活性评价,研究了La含量对催化剂高温热稳定性及甘油氢解活性的影响.结果表明:适量La的引入能明显抑制催化剂的高温烧结,维持催化剂的大比表面及活性组分的高分散,提高催化剂的结构稳定性;同时对减少反应过程中活性组分的流失也有很好的效果.铜镧之间存在着协同作用,经高温焙烧后得到加强,对Cu/SiO2催化剂的甘油氢解活性有很好的促进作用.     

SO4^2—／TiO2—SiO2固体超强酸的结构及其光催化性能

自从 Arata等 [1]首次报道无卤素型 SO2 - 4/Mx Oy 固体超强酸体系以来 ,对该类催化剂的研究引起了人们的广泛重视 .大量研究工作表明 ,固体超强酸催化剂对丁烷异构化、苯衍生物烷基化、链烷烃裂解和乙烯二聚等诸多酸催化的反应表现出极高的反应活性 [2 ] .最近 ,我们把 SO2 - 4/Ti O2 型固体超强酸应用于有机物的光催化氧化反应 ,研究发现 Ti O2 光催化剂经 H2 SO4 浸渍处理形成固体超强酸后 ,催化剂的光催化活性大大提高 ,并具有很好的反应活性、稳定性和抗湿性能 [3] ;此外 ,我们以前的工作表明 Ti O2 中引入 Si O2 后 ,其结构、…     

SiO2改性的Cu-ZnO/HZSM-5催化剂及合成二甲醚性能

以廉价的硅酸钠为硅源，碳酸钠为沉淀剂，采用共沉淀沉积法制备了SiO2改性的Cu-ZnO/ HZSM-5催化剂，用XRD、SEM、H2-TPR、XPS等手段进行了表征，考察了对CO2加氢合成二甲醚的催化活性。结果表明，SiO2促进了催化剂前驱体的分散，延缓了焙烧后催化剂晶粒的长大和颗粒的团聚。SiO2改性的同时影响了CuO的分布状态及还原过程。1.0%SiO2改性的Cu-ZnO/HZSM-5催化剂，用于CO2加氢合成二甲醚，CO2转化率和二甲醚的收率达28.53%和16.34%，与未经改性的Cu-ZnO/ HZSM-5相比，CO2转化率和二甲醚收率分别提高了20%和34%；继续增大SiO2用量，催化剂的活性反而降低。XPS和AES表征表明，1.0%SiO2改性的Cu-ZnO/HZSM-5催化剂中，Cu0是甲醇合成的活性中心，锌以ZnO的形式存在。     

Low-temperature CO oxidation over CuO-CeO2/SiO2 catalysts：Effect of CeO2 content and carrier porosity

The effects of CeO2 contents and silica carder porosity with their pore diameters ranging from 5.2 nm to 12.5 nm of CuO-CeO2/SiO2 catalysts in CO oxidation were investigated. The catalysts were characterized by N2 adsorption/desorption at low temperature, X-ray diffraction (XRD), temperature-programmed reduction by H2 (H2-TPR), oxygen temperature programmed desorption (O2-TPD) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The results suggested that, the ceria content and the porosity of SiO2 carder possessed great impacts on the structures and catalytic performances of CuO-CeO2/SiO2 catalysts. When appropriate content of CeO2(Ce content ≤8 wt%) was added, the catalytic activity was greatly enhanced. In the catalyst supported on silica carrier with larger pore diameter, higher dispersion of CuO was observed, better agglomeration-resistant capacity was displayed and more lattice oxygen could be found, thus the CuO-CeO2 supported on Si-1 showed higher catalytic activity for low-temperature CO oxidation.     

不同pH值制备的TiO2和TiO2/SiO2催化剂结构、表面性质及光催化活性

以TiOSO₄和SiO₂溶胶为原料, 采用沉淀法用氨水调节pH值制备TiO₂和TiO₂/SiO₂催化剂. 制备的催化剂用X射线衍射(XRD), 扫描电镜(SEM), N₂吸附(BET), 紫外-可见(UV-Vis)漫反射光谱, 程序升温脱附(NH₃-TPD), 傅里叶变换红外(FT-IR)光谱技术分析. XRD谱图显示纯TiO₂中锐钛型和金红石相共存, 且金红石相含量随pH值升高而增加. 但是, TiO₂/SiO₂催化剂只有锐钛型. 扫描电镜发现制备的催化剂呈类球形, 颗粒间相互交叠, 粒径在10-25 nm之间. TiO₂和TiO₂/SiO₂光催化剂的比表面积随pH值升高略有增大. SiO₂的添加会增大催化剂的比表面积. 程序升温脱附实验结果说明催化剂的表面酸量随pH值升高而增加. TiO₂/SiO₂的表面酸量比相同pH值制备的TiO₂大. 红外光谱分析说明Si掺杂和高pH值有利于催化剂表面生成更多的羟基. TiO₂和TiO₂/SiO₂光催化剂的催化活性随pH值升高而明显增强. TiO₂/SiO₂的光催化活性优于TiO₂. TiO₂/SiO₂催化剂具有较好的耐久性.     

单分散SiO2的焙烧温度对Rh基催化剂上CO加氢反应性能的影响

在比较了分别以商业SiO2和采用Sto?ber法制备的单分散SiO2为载体的Rh-Mn-Li/SiO2催化剂催化CO加氢反应性能的基础上,进一步调变了Stober法制备SiO2时的焙烧温度,并考察了其对Rh-Mn-Li/SiO2催化CO加氢性能的影响.利用N2吸附-脱附、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、H2程序升温还原(H2-TPR)、程序升温表面反应(TPSR)等方法对载体及催化剂的物理化学性能进行了表征.结果表明:不同温度焙烧的载体表面具有不同的Si―OH数量,从而影响金属的分散状态及Rh和Mn之间的相互作用.载体表面较多的羟基有利于Rh的分散和CO的吸附,从而增强催化剂的反应活性.载体表面适当数量的羟基能够得到适中的Rh与Mn之间的相互作用,使催化剂具有合适的CO解离能力,有利于CHx的CO插入反应,从而提高了C2含氧化合物的选择性.     

ZrO2—SiO2负载Cu—Ni催化剂的CO2加氢反应性能

采用表面反应改性法,制备了ZrO2-SiO2（ZrSiO)表面复合物载体,用等体积浸渍法制备了ZrSiO担载的Cu-Ni双金属催化剂,借助BET、TPR、IR和微反等技术,研究了ZrSiO及其负载的Ni、Cu双金属催化剂的表面构造,化学吸附及催化CO2加氢的反应性能,结果表明,ZrSiO表面主要是价联型结构,ZrO2引入SiO2表面,可以有效地促进CuO和NiO的还原,在ZrSiO负载的Cu-Ni催化剂表面的Cu或Ni位,CO2发生化学 吸附形成线、剪式、卧式吸附态,在该催化剂上CO2的加氢反应产物主要是CH3OH3、CH4、CO和H2O生成CH3OH的选择性与催化剂组成及反应条件密切相关,在适当的条件,CH3OH的选择性大于90％。     

CeO2添加量对催化剂Cu-Ni-Ce／SiO2性能的影响

采用浸渍法在不同Ce掺杂量时制备了用于湿式H2O2降解吡虫啉农药废水的Cu-Ni-Ce/SiO2催化剂, 利用BET、 SEM、 XRD和XPS等对其进行了表征, 并研究了Ce掺杂量对催化剂表面形态的影响以及催化剂表面形态与活性及稳定性之间的关系.结果表明: 适量添加Ce后, 催化剂晶粒尺寸减小, 比表面积增加, Cu、 Ni固溶体量和催化剂表面化学吸附氧量增加, 而且活性组分的分散性增加. 湿式H2O2降解吡虫啉农药废水时, 在催化剂用量10 g/L、反应温度110 ℃、双氧水用量为理论需用量、进水pH为9.0、反应60 min条件下, 0.16%Ce掺杂量的Cu-Ni-Ce/SiO2的催化剂的活性比相同工艺条件的无Ce添加的催化剂活性提高了7.2%, 活性组分溶出量也大为减少.     

硬脂酸法制备SO42-/Fe2O3-SiO2固体酸及其催化性能的初步探讨

首次用硬脂法制备了Fe2O3-SiO2混合氧化物,经浸渍H2SO4后再焙烧得SO4^2-/Fe2O3-SiO2固体酸催化剂。用TEM,XRD,N2吸附/脱附和TG-DTA等手段对其进行了表征,结果显示制得的Fe2O3-SiO2混合氧化物具有多孔结构,且随着Si含量的增大,其比表面积明显增大,但孔径减小。用乙酸/丁醇酯化催化反应评估了该固体酸的催化性能。