顶空气相色谱法测定氢氟酸废水中挥发性有机物

建立了顶空气相色谱法同时测定甲烷、乙烷、乙烯、丙烯、一氟甲烷、三氟甲烷、二甲醚、甲醇等8种挥发性有机化合物含量的方法。样品以水作为溶剂稀释,在85℃条件下加热45 min,使气液达到平衡,采用HP-POLT Q柱分离,氢火焰离子检测器(FID)检测,外标法定量。8种有机化合物在规定范围内线性良好,回收率在94.0%~118.0%之间。     

甲醇脱水合成二甲醚的 Al2O3-HZSM-5 组合固体酸催化剂

 制备了可用于固定床反应器中甲醇脱水制备二甲醚的 Al2O3-HZSM-5 组合固体酸催化剂系列, 并采用 X射线衍射、扫描电镜、N2 物理吸附和氨气程序升温脱附等对其进行了表征. 结果表明, 在浸渍法制备的组合 Al2O3-HZSM-5 催化剂中, 细小的氧化铝颗粒高度分散在 HZSM-5 分子筛的周围; 在化学沉淀法制备的组合 Al2O3-HZSM-5 催化剂中, 一层氧化铝膜覆盖在 HZSM-5 分子筛的颗粒外层. 所制备的催化剂都具有较多的大孔和介孔比表面积, 在低温 (235 oC) 和高空速 (30 h–1) 条件下具有较高的甲醇脱水反应活性和稳定性, 其中在化学沉淀法制备的组合 Al2O3-HZSM-5 催化剂上, 二甲醚产率达到 13.5 g/(g•h).     

Al2O3负载镍基催化剂上CO2氢甲烷化研究

通过对Ni/Al2O3及添加CeO2的Ni/Al2O3催化剂上CO2氢甲烷化反应的研究发现，在反应过程中，该体系的催化剂上并不产生CO，添ＣeO2后能显著提高甲烷产率，原位漫反射红外光谱研究发现，甲烷可通过表面ＣＯ２^-物种加氢或表面甲酸盐加氢两种途径产生，且第二种途径更有效，添加 CeO2可通过在较低温度时形成较多的表面甲酸盐来提高ＣＯ２的甲烷化活性。     

Ca-Al催化剂上甘油与碳酸二甲酯酯交换合成碳酸甘油酯

生物柴油是一种环保、可再生、使用安全、可替代石化柴油的新型液体燃料,其产量和使用范围正逐年扩大。然而生物柴油生产过程中的主要副产物甘油严重过剩,因此甘油资源化转化和利用已经成为近年研究热点。甘油可以作为一种平台化合物实现向多种高附加值化学品的转化,例如通过催化氢解合成1,2-丙二醇,通过发酵和催化氧化制备二羟基丙酮,通过脱水制备丙烯醛和羟基丙酮,通过酯交换反应生成甘油酯等。其中,以甘油为原料合成的碳酸甘油酯(GC)具有很好的工业应用前景。以碳酸二甲酯(DMC)为原料与甘油进行酯交换合成GC是近年内比较有工业发展潜力的合成路线。前期研究发现,固体碱对该反应具有很好的催化活性,而且随着催化剂碱性增强,甘油转化率明显增加,然而当催化剂(如NaOH, KOH和K2CO3等)碱性过强时,产物选择性明显降低。水滑石类化合物是一种常见的碱性温和的固体催化剂,而且其碱性与结构可以调节,因此我们选择了一种常见水滑石——水铝钙石作为本研究的重点。 本文通过共沉淀法制备了一系列不同Ca/Al比(1–6)的Ca-Al水滑石,并以此作为前驱体制备了新型的固体碱催化剂。 XRD结果表明,当Ca/Al比为1–6时,所有样品都出现了明显的水滑石特征衍射峰,但当铝含量过高时会出现氢氧化铝杂相。 SEM结果发现,当Ca/Al =2–4时,样品中水滑石的结晶度高,有较完整的水滑石晶片, Ca/Al =6的样品中水滑石晶片较小, Ca/Al =1的样品中有明显的无定形氧化铝杂相。 TG-DSC结果表明, Ca/Al =2的样品除了几个与水滑石相关的特征失重峰以外,在786oC还检测到明显的热吸收峰,说明此时钙铝石已经发生分解,生成了单独的Ca12Al14O33晶相和氧化钙,这与SEM结果一致。这些水滑石经焙烧后用于温和条件下催化甘油与DMC酯交换生成GC的反应,发现上述催化剂对该反应具有很高的催化活性和目的产物选择性。当DMC与甘油的摩尔比为3时,70oC反应3 h后,甘油转化率达到93%, GC选择性高于97%。表征结果显示,甘油转化率主要取决于焙烧后Ca-Al催化剂中强碱性中心数量。其中经800oC焙烧后Ca/Al =2的样品中强碱性中心数量最多,因而表现出最高的催化活性。焙烧后催化剂中形成的Ca12Al14O33晶相在多次重复使用后仍可以稳定存在,但是表面CaO易流失,可能会降低催化剂的重复使用活性。     

有机-无机复合型固体酸催化剂的制备及其催化甘油乙酸甲酯酯交换反应

酸性催化剂在传统的炼化工艺和最近的生物炼制技术中均起着十分重要的作用.相较于传统的液体酸,固体酸催化剂由于具有易分离、可重复使用、无腐蚀性和环保等优点而引起了广泛的研究兴趣.在过去的几十年中,研究者们成功研制出多种不同类型的固体酸,如沸石、杂多酸、金属氧化物和磺化的碳基材料等.但是,传统的固体酸仍存在一些不足,如酸中心类型和酸强度不确定、表面酸位点分布不均以及活性位点易流失、稳定性较差等.甘油是生物柴油生产过程中的主要副产物.据统计,2022年全球生物柴油的年产量将达到1410亿升,这意味着甘油的产量也将增加.因此,将过剩的甘油催化转化制备高附加值产品具有重要的意义.甘油在酸催化的作用下可以制备得到丙酮缩甘油、甘油酯、丙烯醛和甘油醚等高附加值产品.其中,乙酸甘油酯(包括单乙酸甘油酯(MAG)、二乙酸甘油酯(DAG)和三乙酸甘油酯)在工业中具有广泛的应用,它们既可用于医药、食品和化妆品行业,又可作为燃料添加剂改善生物柴油的性能.目前乙酸甘油酯的主要合成路径为甘油与乙酸或乙酸酐酯化法,但乙酸和乙酸酐对反应设备有腐蚀性,限制了其在工业上的大规模应用.乙酸甲酯是聚乙烯醇生产过程中的主要副产物,具有来源广泛、安全、无味、易分离(沸点低)等优点,因此,以乙酸甲酯为乙酰化试剂与甘油进行酯交换反应制备乙酸甘油酯这一新的合成路径引起了关注.然而固体酸催化剂在该反应中的应用鲜有文献报道.对羟基苯磺酸(PSA)是一种有机液体强酸,可用于缩醛化、酯化、酯交换等酸催化反应中,但它不可分离、无法重复使用而且对环境污染严重.因此,本文采用一锅法,将均相PSA固载在经硅烷偶联剂KH560改性的磷酸锆载体(K-ZrP)上,制备得到一系列不同PSA含量的无机-有机复合型固体酸催化剂(PSA/K-ZrP-x).通过X射线衍射、红外光谱、固体核磁共振碳谱(13C SSNMR)表征方法研究了催化剂的精细结构,吡啶吸附红外(Py-IR)光谱结果表明催化剂的酸性中心主要是布朗斯特酸,通过热重、X射线光电子能谱表征结果计算催化剂中活性组分([H+],S)的整体与表面含量,结果表明PSA/K-ZrP-2中PSA的含量已饱和,且PSA在K-ZrP载体表面分散均匀,从而增加了表面酸位点的可接触性,通过氮气吸脱附和扫描电镜研究了PSA/K-ZrP-x的形成过程,线扫描元素分析表明PSA/K-ZrP-2具有蒲公英状结构.以甘油乙酸甲酯酯交换反应为模型反应,考察了所制备催化剂的活性,结果表明PSA/K-ZrP-2催化剂的稳定性明显高于H3PW12O40,Amberlyst-45,HBEA和HZSM-5等常见的商业化固体酸和AlCl3,FeCl3等路易斯酸.在2.2％[H+]含量的PSA/K-ZrP-2催化剂作用下,10 mmol甘油与100 mmol乙酸甲酯于100℃反应4h,甘油转化率可达81.3％,MAG和DAG的选择性之和达97.7％.在反应初期(0.17 h),该催化剂的比活性可达24028.2 mg-glycerol/g-cat/h,且五次循环使用后活性无明显降低.结合本文表征结果,偶联剂KH560可增强对羟基苯磺酸和磷酸锆之间的相互作用,从而提高催化剂的稳定性.同时,该催化剂在甘油与其它酯类的酯交换反应中也表现出优异的反应活性,表明PSA/K-ZrP-2固体酸催化剂具有较好的普适性.     

碳膜包覆的氧化铁纳米颗粒:一种高效的芳硝基化合物加氢催化剂

铁是地球上最丰富的元素之一,它在生命反应中起到至关重要的作用.目前,铁基催化剂广泛应用于合成氨、费托合成、NOx的选择性催化还原等.最近,铁因其含量丰富、价格低廉、无毒等优势而在多相催化方面引起了重点关注.最新研究发现,铁基催化剂在甲烷直接偶联制乙烯、氧还原以及芳硝基化合物的选择性加氢等领域具有突出表现,其中芳硝基化合物选择性加氢是一类具有重要应用前景的反应,这是因为苯胺(AN)是一种重要的精细化学品和有机中间体,广泛用于医药、染料、农药等行业,苯胺的年产量超过了400万吨,目前使用的催化剂主要有Raney Ni、负载镍、Ru/SnO2及少量铂碳、钯碳催化剂.但是,在Ni基催化剂上,硝基苯加氢主要经过间接缩合途径,同时会伴有氧化偶氮苯(AOB)、偶氮苯(AB)和氢化偶氮苯(HAB)等副产物生成,这些高沸点的副产物会带来一系列问题,如产物分离困难、产品纯度较低以及催化剂失活等.在这种情况下,为了加速苯胺生成,工业上一般采用过量的Raney Ni催化剂.贵金属(如Pt,Pd和Ru等)对催化芳硝基化合物加氢具有极高的活性,且苯胺的生成主要经过直接加氢途径.然而,由于成本过高,贵金属催化剂的大规模应用还存在一定的困难.本文采用简易的方法制备了一种铁基催化剂,在这个催化剂中氧化铁纳米颗粒被碳膜包覆并嵌入至平板碳中(Fe2O3@G-C).该催化剂由活性炭、苯胺及醋酸亚铁热解所得.通过扫描电镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)及X射线衍射(XRD)分析,我们证实在原始碳颗粒上形成了新的碳膜.同时高倍透射电镜图也清楚地揭示了氧化铁纳米颗粒被碳膜包覆的结构.实验发现,Fe2O3@G-C-900催化剂(900oC热解所得)在芳硝基化合物选择性加氢反应中具有很高的活性.在2 MPa H2,70oC条件下反应2 h,硝基苯(NB)转化率达到95.4%,苯胺选择性达到99.1%,远远高于其他载体(活性炭、SiO2、Al2O3和MgO)负载的铁基催化剂.表征结果发现,Fe2O3@G-C-900催化剂的高活性可能与其具有较大的比表面积(573.7 m2/g)、孔体积(0.22 cm3/g,孔径小于2 nm)、高度分散的氧化铁纳米颗粒以及氧化铁纳米颗粒和其表面碳膜的协同作用密切相关.此外,催化剂中引入的氮原子不仅可以在包覆的碳膜上形成缺陷,也能进一步增强包覆在氧化铁纳米颗粒表面的碳膜的催化活性.通过对Fe2O3@G-C-900催化剂在硝基苯加氢反应中的循环使用活性的考察,发现该催化剂在循环使用5次后,仍具有良好的活性.更重要的是,在Fe2O3@G-C-900催化剂上硝基苯的加氢主要是直接途径,反应中没有高沸点AOB,AB和HAB等副产物生成.鉴于Fe2O3@G-C-900催化剂对NB加氢具有优异的活性,我们还进行了一系列含有不同取代基团的芳硝基化合物的加氢实验,发现对位取代的底物相对于间位及邻位的底物更容易发生加氢还原反应,这应归因于该催化剂的孔径较小(0.52 nm).这些研究方法可以扩展至其他金属催化剂的制备,以促进高效益和可持续的工业生产的发展.     

离子交换树脂分离甘油部分氧化产物中二羟基丙酮的研究

应用钙型离子交换树脂吸附法对甘油部分氧化产物中二羟基丙酮进行分离．实验结果表明，二羟基丙酮在PCR钙型离子交换树脂上的动态穿透吸附容量和吸附速率均比甘油大，其分离效率总体上随树脂床层高径比的增加而提高，随温度、进样体积的增加和流速的增大而降低．经过分离纯化，二羟基丙酮的质量分数从原来的17．4％达到90．8％，其平均分离产率约为76．0％．     

Fe_2O_3/rGO/N-rGO催化剂的制备及在硝基苯选择性加氢中的应用

以氧化石墨烯、苯胺及醋酸亚铁为原料,采用可控的聚合-热解工艺制备了一种复合铁基催化剂.表征结果表明,高分散的氧化铁纳米颗粒(Fe2O3NPs)被固载于石墨烯/氮杂石墨烯复合膜上;通过改变热解温度,可以得到一系列结构和形貌各异的催化剂(Fe2O3/r GO/N-r GO).经过700℃热解得到的催化剂(Fe2O3/r GO/N-r GO-700)具有较大的比表面积、微孔-介孔复合孔道和高度分散的Fe2O3NPs,其在硝基苯选择性加氢反应中表现出优异的活性和稳定性.     

高水热稳定的有序介孔硅铝分子筛的合成与表征

将焙烧后的SBA-15先后置于微孔BEA沸石前驱体的稀释液和甘油中进行两次高温再结晶, 成功地合成了高度有序的介孔硅铝分子筛MSAMS-4, 并用XRD, TEM, FTIR, NMR和氮气吸脱附等手段对其进行表征. 水热稳定性实验结果表明, 将MSAMS-4 在100 ℃的沸水中处理120 h或在800 ℃的高温蒸气中处理6 h后, 其有序介孔结构仍然保持得相当完好.     

非碱性条件下不同粒径的碳载体负载Pt催化剂上甘油的选择性氧化(英文)

采用浸渍法制备了不同粒径的活性炭负载的Pt催化剂,并运用扫描电镜、N2吸附-脱附、透射电镜和X射线衍射对催化剂进行了表征.结果表明,当活性炭载体的粒径从253.2?m下降至9.3?m时,其表面积或孔体积变化不大,Pt颗粒高度分散于载体表面,平均粒径为2.8～5.5nm.这些高度分散的Pt催化剂在非碱性条件下的甘油氧化反应中表现出较高的活性,且随着载体粒径的减小而明显提升.其中粒径为9.3?m的活性碳负载的Pt催化剂上,游离的甘油酸收率达到47.6%,且催化剂可以重复使用.