微孔/微介孔H-ZSM-5分子筛上甲苯甲醇的烷基化性能

以不同硅铝比的H-ZSM-5分子筛为研究对象,考察了Na OH碱处理、酒石酸处理及Na OH碱处理-酒石酸处理相结合的方法对其物化性能和催化性能的影响.处理前后分子筛的表征结果表明,酸处理和碱处理可通过调变催化剂的酸性和孔道结构影响其催化性能.酸处理对低硅铝比H-ZSM-5的酸性和催化性能影响较大,而碱处理则主要影响高硅铝比分子筛的酸性和催化性能.酸处理和碱处理相结合则能同时调变分子筛的酸性和孔道结构,进而提高其在甲苯甲醇制二甲苯反应中的催化活性.其中,碱处理的高硅铝比H-ZSM-5分子筛表现出最优异的催化活性.     

MFI分子筛限域空间内Pd催化剂上甲烷燃烧

甲烷是一种重要的温室气体,其开发利用过程中不完全燃烧所残留的气体排放到大气中会造成严重的环境问题,因此提高甲烷燃烧效率显得尤为重要.与传统燃烧方式相比,催化燃烧在低温区表现出高的燃烧效率,成为甲烷燃烧理想的选择.在实际应用时,甲烷燃烧催化剂应在低温区具备高的催化活性,同时在过量水蒸气存在下具备好的稳定性.负载型Pd基催化剂是当前研究最多的甲烷燃烧催化剂,Pd粒子尺寸、载体类型、酸性位点以及金属与载体的相互作用是影响甲烷燃烧活性与稳定性的关键因素.本文设计了原位水热合成路线将孤立的Pd离子稳定封装于MFI分子筛孔道内(Pd@MFI),以期获得高活性、高稳定性的甲烷燃烧催化剂,并揭示其反应机理与构效关系.通过X射线粉末衍射、高分辨透射电子显微镜以及球差校正扫描透射电子显微镜分析了Pd@MFI催化剂的基本结构,并直接观测了Pd物种在分子筛晶体中的分布;进而利用氨气程序升温脱附、固体核磁共振、氢气程序升温还原、X射线光电子能谱(XPS)和CO吸附红外光谱等表征技术研究了催化剂的酸性以及Pd在分子筛中的存在状态.表征结果证实,通过原位水热合成方法可将Pd物种以pd2+和Pd(OH)+的形式封装在MFI分子筛孔道内,孤立的Pd离子与分子筛骨架之间存在着强相互作用,有效稳定Pd离子并实现贵金属Pd的最大化利用.在甲烷燃烧反应中,Pd@H-ZSM-5在高空速下表现出较好的催化活性与较低的表观活化能(70.7 kJ/mol).热稳定性及耐水性测试结果表明,Pd@H-ZSM-5在400℃下连续反应100 h后甲烷燃烧活性无明显下降,且反应后Pd物种在分子筛孔道内仍保持高度分散,说明该催化剂在甲烷燃烧过程中具备优异的稳定性和抗烧结性能.通过反应动力学、程序升温脱附以及原位红外光谱等技术手段研究了甲烷催化氧化机理,结果表明,Brφnsted酸性位点的存在有利于甲烷吸附并促进其在相邻Pd位点上活化,在MFI分子筛限域空间内形成Pd位点和Brφnsted酸性位点的有效协同.原位近常压XPS分析结果表明,Pd@H-ZSM-5催化的甲烷燃烧过程中存在着pd2+-pdn+-pd2+的可逆氧化还原循环.综合分析上述结果,最终可阐明Pd@H-ZSM-5模型催化剂上甲烷燃烧的反应机理.     

Pt/Si-MCM-41介孔结构对低温NO+H2+O2反应的影响

将Pt/Si-MCM-41用于H2选择催化还原(H2-SCR)消除NO的反应. X射线衍射分析、N2吸附/脱附、氢吸附和透射电镜等分析结果表明,介孔Si-MCM-41具有大的比表面积和孔体积有利于活性组分Pt的分散, Pt/Si-MCM-41催化剂在富氧和80000 h-1空速的条件下,其H2-SCR低温活性在100 ℃达到60.1%,优于Pt/Si-ZSM-5和Pt/SiO2催化剂,其选择性在120 可达70%. 当Si-MCM-41的介孔结构被破坏时,H2-SCR反应活性明显下降,最大活性在120 ℃仅为15%. 漫反射红外光谱(DRIFTS)测试表明, —NO3物种是Pt/Si-MCM-41催化剂在H2-SCR反应中的主要中间物种.     

含氮FAU分子筛的制备、表征及碱催化反应性能

利用脱水氮化法制备了含氮HY分子筛,氮化后分子筛的结晶度和比表面积均得到较好保持.由于氮原子的电负性低于氧原子,氮原子取代氧原子进入HY分子筛的骨架,使其Lewis碱性得到增强.利用氨气吸附红外光谱、二氧化碳吸附红外光谱与二氧化碳程序升温脱附方法对氮化前后的分子筛进行表征.结果表明氮化后HY分子筛的L酸中心数量有所降低,B酸中心数量有所增加,同时生成新的碱性中心.由于新碱性中心的引入,含氮HY分子筛在Knoevenagel缩合碱性探针反应中表现出优异的活性.     

铂负载二氧化钛光催化剂在单波长下苯乙炔高选择性加氢（英文）

苯乙烯是一种非常重要的化工原料,它是工业上生产聚苯乙烯、树脂和丁苯橡胶的重要单体,而苯乙烯单体中经常含有苯乙炔杂质,影响苯乙烯的聚合性能,因此研究苯乙炔选择性加氢生成苯乙烯具有十分重要的工业意义.传统的热催化苯乙炔加氢反应会用到易燃易爆的氢气,引起操作的危险性,因此,开发具有环境友好型的加氢反应体系具有很重要的意义.光催化加氢反应利用光生电子强的还原能力,还原质子产生活性的氢物种加氢,相较于传统的热催化使用氢气作为加氢源加氢,能够在温和的条件下实现高选择性加氢.基于此,本文利用Pt/TiO2作为光催化剂,甲醇作为加氢源实现了在385 nm单波长光照下苯乙炔的高选择性加氢.首先,我们利用光沉积的方法将Pt负载在TiO2的表面,通过透射电子显微镜图像和紫外可见吸收光谱表征了负载在TiO2表面Pt的颗粒分布和光学性质.结果表明负载的Pt的颗粒大约在5 nm左右,Pt的负载改变了TiO2在可见光区的吸收性能.XPS结果显示,通过光沉积得到的Pt的价态为金属态和氧化态共存.光催化苯乙炔加氢实验表明,Pt/TiO2催化剂在室温常压条件下不仅具有高的苯乙炔光催化转化率,当光照达8 h后,苯乙炔完全转化,而且在6 h之内苯乙烯选择性保持在91.3%,具有高的苯乙烯选择性.通过对负载的Pt的含量进行了优化,筛选出当Pt的负载量为1 wt%时,苯乙炔的转化率最高.为了对比,利用传统热催化的方法氢气作为加氢源进行了苯乙炔加氢实验,结果发现,使用氢气作为加氢源时,虽然苯乙炔的转化率为100%,但产物是过加氢的产物乙苯.这主要是因为在光催化反应过程中,TiO2导带上的电子迁移至Pt颗粒上,导致Pt的电子密度增加,Pt颗粒表面高的电子密度有利于加氢中间产物苯乙烯的脱附,因此,在光催化加氢过程中不会发生过加氢反应,具有高的苯乙烯选择性.同时,扩展实验表明,Pt/TiO2光催化剂对其他类型的炔烃加氢也具有高的选择性,表明Pt/TiO2光催化炔烃加氢具有普适性.由此可见,光催化炔烃加氢未来将成为一种环境友好而高效的方法.     

Ni-Al2O3催化剂焙烧温度对丙烷催化还原NO反应性能的影响

环境污染与防治问题全球瞩目,而一氧化氮作为最难消除的大气污染物之一,已日益受到世界各国的重视.金属氧化物催化剂是研究贫燃条件下烃类选择催化还原NO的一个重要方向[1~3],以氧化铝为载体的镍催化剂虽然表现出很高的活性[4,5],但是催化剂结构对NO转化活性的影响并未见详细报     

分子筛稳定的Lewis酸稀土中心在醛自缩合反应中的应用

羟醛缩合是重要的C–C键偶联反应,可以增长碳链,降低O/C比,用于生产很多大宗化学品,在生物质转化和生物油升级中广受关注.本文以丙醛分子自缩合反应作为模型反应,对比研究了稀土分子筛和稀土氧化物在醛自缩合反应中的催化性能,发现稀土分子筛的活性远高于稀土氧化物,其中Y/Beta活性最佳,并且具有良好的循环性能.随后采用程序升温表面反应(TPSR)、原位漫反射红外光谱(in situ DRIFTS)和原位漫反射紫外光谱(in situ UV-vis DRS)对Y/Beta和Y₂O₃催化丙醛缩合反应过程进行对比研究.TPSR结果表明,Y/Beta催化剂的反应能垒比Y₂O₃低;通过原位DRIFTS和UV-vis DRS谱结果发现,Y/Beta催化剂上Lewis酸位点对丙醛分子具有较强的吸附能力,利于缩合反应的进行,而Y₂O₃上几乎没有产物的特征峰,但出现芳香烃物种的吸收峰,表明Y₂O₃比Y/Beta催化剂更容易形成积碳物种,从而造成催化剂失活.我们还通过密度泛函理论(DFT)对Y/Beta分子筛的结构及其催化羟醛缩合反应过程进行计算模拟,揭示了羟醛缩合的主要反应步骤,即醛经历烯醇异构化、亲核加成和羟醛二聚体脱水等关键步骤,其中羟醛二聚体脱水是决速步.此外,具有开放结构的Y中心的催化活性比闭合结构的更高,其羟基可以通过氢键有效稳定羟醛二聚体的过渡态,从而降低其转化能垒,并且羟基的数量越多,能垒越低.因此,具有Lewis酸位点的Y(OSi)(OH)2是羟醛缩合反应的主要活性中心.综上,[Si]Beta分子筛对活性位点Y-OH的稳定作用,Y–OH是反应的活性位点,能够显著降低反应的能垒,而分子筛的限域作用可以有效控制中间物种的扩散,从而进一步促进羟醛缩合反应的进行.醛在反应过程中首先吸附在Y–OH位点上,经历α-C–H键的裂化,转变成烯醇式结构;裂化产生的氢原子和Y–OH中的羟基作用能够大大降低活化能垒;烯醇式离子和另一分子醛自发发生亲核加成反应生成醇盐离子,生成的醇盐离子与烯醇异构化反应中裂化的氢原子发生质子化反应,从而得到羟醛二聚体;最后,羟醛二聚体吸附在Y–OH上,通过氢键稳定过渡态,降低了活化能垒,诱发脱水反应生成最终产物.