Titanium-Promoted Rh-Mn-Li/SiO2 for C2-Oxygenates Synthesis from Syngas： Effect of Low Titanium Loading

1. Introduction There is great interest in understanding the het- erogeneous catalysis by which Rh-containing catalyst converts CO/H2 into useful organic compounds, par- ticularly C2 oxygenates such as ethanol, acetic acid and acetaldehyde with high efficiencies [1]. The addi- tion of appropriate promoters can enhance the rate of formation of these oxygenates. Many elements have been tested as promoters over rhodium-based cata- lysts, including compounds of alkali [2], rare earth [3], and tr…     

Pd-Ni/Al2O3催化剂上α-呋喃甲酸加氢反应研究

采用连续流动固定床微型反应器考察了Pd—Ni／Al2O3催化剂上α-呋喃甲酸加氢生成α-四氢呋喃甲酸的反应．研究了反应的温度，压力，气、液体流速，以及氢油比对催化反应性能的影响．结果表明；在2．5MPa，200℃．氢气空速6600h^-1，液体空速3．0h，氢油比为200时，α-呋喃甲酸转化率为94％，α-四氢呋喃甲酸选择性100％，产率94％，催化剂连续运转300h后未见活性下降．应用程序升温还原(TPR)和程序升温脱附(TPD)技术考察了催化剂表面吸附状态与催化加氢活性的关系．结果表明Pd—Ni／Al2O3催化剂表面存在两种活性中心，催化加氢反应主要在较弱的活性中心上进行．该催化剂体系反应活性高，选择性和稳定性好，反应条件温和，操作简单，产物易分离，具有良好的应用前景．     

MgO上甲醇分解的TPSR研究

本文采用ＴＰＳＲ－ＭＳ技术考察ＣＨ＿３ＯＨ在Ｍｇｏ催化剂上的分解反应，并与ＭｇＯ固体碱催化剂表面的酸碱性质进行关联。发现ＣＨ＿３ＯＨ在２３８℃、３４２℃和５３３℃处有三个脱附峰，对应地有三种表面吸附形式。这三种吸附形式与催化剂表面的酸、碱中心的强度有关，弱的酸碱中心上，ＣＨ＿３ＯＨ以分子和弱吸附的表面甲氧基形式吸附，２３８℃时的脱附峰主要为甲醇和二甲醚；较强的酸碱中心上表面甲氧基吸附较牢固，于３４２℃脱附，产生的二甲醚的相对量亦多；强酸强碱中心上吸附的甲醇易脱氢而形成表面吸附的（Ｈ＿２ＣＯ），高温５３３℃脱附时分解成ＣＯ和Ｈ＿２。     

微量Li助剂对Co/AC催化剂合成高碳醇性能的影响

采用等体积浸渍法制备了含微量Li 的15Co_xLi/AC 催化剂,考察了微量Li 助剂对15Co/AC催化剂上CO加氢合成高碳醇性能的影响. 采用X射线衍射、程序升温还原和程序升温表面反应技术对15Co_xLi/AC 催化剂进行了表征,结果表明,微量Li 的添加可以提高催化剂上CO加氢活性、生成C₅₊烃的选择性、合成醇的选择性以及高碳醇的分布. 这主要是由于微量Li 助剂与Co物种形成了弱相互作用,促进了催化剂Co物种的分散,形成较小Co晶粒,促进了Co₂C的形成.     

铁助剂对Rh-Mn-Li/SiO2催化剂CO加氢制二碳含氧化物性能的影响

 采用CO加氢反应、程序升温还原（TPR）、CO吸附和CO脱附等技术，研究了Fe助剂对Rh－Mn－Li／SiO2催化剂上CO加氢合成二碳含氧化物反应的影响．结果表明，Mn，Li和Fe的加入明显提高了Rh催化剂的活性及选择性，特别是在1％Rh－1％Mn－0．075％Li／SiO2催化剂中加入0．05％Fe后，C2＋含氧化物的时空收率由331．6g／（kg·h）提高到457．5g／（kg·h）．但当Fe的加入量继续增加时，催化剂的活性及选择性下降，甲醇的选择性上升．TPR实验表明，当加入少量Fe（0．05％～0．5％）时，TPR的峰面积随Fe加入量的增大而增大，Fe的加入使Rh的还原温度向高温移动，Mn的还原温度向低温移动，Fe的还原峰与Rh和Mn的还原峰相重叠，由此推断这些Fe与Rh是处于紧密接触状态的．当Fe含量增加到1％时，样品在522K出现一个新的谱峰，该峰可归属为与Rh非紧密接触的Fe的还原峰．CO的吸附实验表明，当Fe的加入量超过一定值后，CO吸附量下降．CO的脱附实验表明，在Rh基催化剂中加入少量Fe后，强吸附的CO增多，但当Fe的加入量超过一定值时，强吸附的CO量下降．     

Rh基催化剂上氢甲酰化反应过程的原位高压NMR研究

制备了用于丙烯氢甲酰化反应的Rh/SBA-15 和PPh₃修饰的PPh₃-Rh/SBA-15催化剂. 应用原位变温高压核磁共振技术,对比研究了丙烯在Rh/SBA-15 和PPh₃修饰的多相催化剂PPh₃ Rh/SBA-15上的氢甲酰化反应,实现了高压条件下催化反应的原位固体核磁共振表征. ¹³C MAS NMR研究结果表明：在1.0 MPa的反应压力下,随着反应温度升高丙烯与合成气在Rh/SBA-15催化剂上可转化生成丁醛,而PPh₃配体修饰的PPh₃-Rh/SBA-15催化剂上丁醛产物的正异比显著提高.     

1,3-丁二烯选择性加氢催化剂的设计策略以及构效关系

催化裂化是石油化工的核心单元之一.从催化裂化尾气中分离出来的碳四馏分富含许多的不饱和烯烃,如1-丁烯、顺、反式-2-丁烯以及少量的1,3-丁二烯,这些不饱和烯烃可以通过后续聚合反应,生成合成橡胶和工程塑料的重要原料,具有重要的应用价值.上述工艺过程对原料中1,3-丁二烯的含量(<100~200 ppm)有严苛的要求.采用选择性加氢技术对碳四馏分中的1,3-丁二烯进行选择性加氢,将其转化为更高附加值的单烯烃是一个理想的解决方案.然而,1,3-丁二烯加氢反应得到的单烯烃可能发生深度加氢得到副产物丁烷.因此,开发高效选择性加氢催化剂对碳四资源的利用具有重要的现实意义.另一方面,1,3-丁二烯加氢反应可以作为模型反应,用来考察选择性加氢催化剂的性能.基于此,该反应无论在工业界还是学术界均受到广泛关注.尽管如此,有关1,3-丁二烯加氢催化剂研究进展方面的综述极少.仅有关于1,3-丁二烯加氢作为模型反应的综述报道.本文对过去半个世纪以来1,3-丁二烯加氢反应中不同催化剂的发展历程进行系统综述,特别是包括Pd,Pt和Au等的单一贵金属催化剂.重点介绍以下内容:(1)固体催化剂构效关系,包括活性金属尺寸效应、晶面和形貌效应以及载体效应(晶相、孔道和酸碱性);(2)高性能催化剂的设计新策略,如单原子催化剂、核壳结构催化剂、金属-离子液复合催化体系以及载体的形貌调控;(3)催化剂的反应机理和失活机理.提出了1,3-丁二烯选择性加氢高性能催化剂开发面临的挑战,并对潜在的发展方向进行了展望.本文认为随着纳米技术和金属纳米材料合成方法的快速发展,对贵金属活性组分进行原子层面上的调控(包括形貌、尺寸以及单原子配位环境等)已成为可能.这将有助于研制出一类新型高性能选择性加氢催化材料,从而实现高转化率条件下高附加值单烯烃的定向转化.此外,载体的酸碱性和孔道结构的调控有助于进一步调节催化剂的抗积炭性能,也是未来发展的一个重要方向.     

水热合成一锅法制备FePO4-SBA-15及其水热稳定性能

通过两种水热处理方式，即800 oC水汽条件和100 oC沸水处理，考察了一锅法制备的FePO4–SBA-15(OP)的水热稳定性.水热处理前后样品的结构变化通过小角X射线衍射和N2物理吸附表征.研究发现，经水热条件下原位生成FePO4修饰后的OP样品具有良好的水热稳定性，并且FePO4的担载量(5%和40%)对OP样品的水热稳定性几乎没有影响.这与文献报道的金属担载量会影响介孔材料水热稳定性的结果不同.此外，还对比研究了浸渍法制备的FePO4/SBA-15(IMP)和商品SBA-15的水热稳定性.结果表明，各样品水热稳定性由强到弱的顺序是OP>IMP>>SBA-15. OP和IMP样品水热稳定性优于纯硅分子筛SBA-15的原因可能是FePO4保护层能抑制介孔材料在水热环境下的结构塌陷. OP样品水热稳定性较IMP样品好的原因可能主要是由于OP样品中存在稳定的Si–O–Fe键和较多的微孔.     

BINAP嵌入的多孔有机聚合物在多相不对称氢化反应中的作用

手性多孔有机聚合物具有较高的稳定性和催化活性,广泛用于多相不对称催化中.目前研究多集中在合成具有微孔结构的聚合物,而少有具有多种孔道结构(包含介孔和微孔)的聚合物的报道.之前我们报道了乙烯基修饰的BINAP配体,(S)-5,5'-divinyl-BINAP,将其与不同单体共聚后得到了一系列具有不同孔结构的有机聚合物.其负载的Rh基催化剂在苯乙烯不对称氢甲酰化反应中,表现出比均相更高的产物对映体选择性.本文采用不同的溴代步骤,合成了(S)-4,4'-divinyl-BINAP配体.将这两种具有乙烯基官能团的手性配体按相同的摩尔比与二乙烯基苯(DVB)共聚,得到两种不同的有机聚合物.负载[RuCl2(benzene)]2后,分别得到Ru/4-BINAP@POPs和Ru/5-BINAP@POPs-1.采用一锅法合成了催化剂Ru/5-BINAP@POPs-2;以[RuCl2(p-cyme)]2和RuCl3分别合成了Ru/5-BINAP@POPs-3和Ru/5-BINAP@POPs-4催化剂.N2物理吸附结果显示,Ru/4-BINAP@POPs和Ru/5-BINAP@POPs-1催化剂具有相似的孔道结构;而采用一锅法合成的Ru/5-BINAP@POPs-2催化剂的介孔孔径较大.4-BINAP@POPs和5-BINAP@POPs聚合物的13C核磁显示,其均在145,137和128 ppm处有明显的吸收峰,可归结为萘环和苯环上的碳振动峰;在44.0 ppm处的峰归属为亚甲基上的碳振动峰;31P核磁显示,在聚合物中P基本没有被氧化.将所得到的Ru/POPs催化剂应用于乙酰乙酸甲酯的多相不对称加氢反应中,Ru/5-BINAP@POPs-1催化剂具有与Ru/4-BINAP@POPs更快的反应速率.在相同反应条件下,催化剂活性大小为Ru/5-BINAP@POPs-1>Ru/5-BINAP@POPs-3>Ru/5-BINAP@POPs-4>Ru/5-BINAP@POPs-2.另外Ru/5-BINAP@POPs-1催化剂对β-酮酸酯有着较好的底物适应性,且在釜式反应中可循环使用6次而活性基本不变.分析发现,使用前后的催化剂均没有明显的Ru–Ru键的存在.表明Ru金属高度分散于催化剂上,且具有较高的稳定性,金属不易聚集,这也是其具有高活性和稳定性的原因.     

Pb-Pt/AC催化甘油一步法制备丙酮酸

生物质能具有绿色环保、可再生、来源广泛和安全性高等优点,成为当前的研究热点.作为生物柴油的主要副产物,甘油是一种重要的生物质平台化合物.甘油的高效利用,不仅能够获得重要的精细化学品及聚合物,也可以延长生物柴油的产业链,降低其生产成本,增加其市场竞争力.丙酮酸是一种弱有机酸,为生物体内葡萄糖分解代谢的中间产物,在生物能量代谢和物质代谢过程中起着重要的枢纽作用.同时,由于它同时含有羧基和酮羰基,具有很强的反应性,可参与多种化学反应,在化学工业中有广泛应用.目前,工业上主要采用酒石酸脱水脱羧法生产丙酮酸,丙酮酸收率可达50–55%,但生产过程需要消耗大量的KHSO4粉末,生产成本高,且高耗能高污染,不符合可持续发展的要求.因此,利用可再生资源甘油在温和条件下生产丙酮酸显现出良好的应用前景.目前,由甘油一步法获得丙酮酸仅可通过发酵法实现,但是其规模化生产存在效率低、废弃物污染等问题.因此,研究化学方法由甘油一步制备丙酮酸可行也十分必要.本课题组以Pt/AC或Cu-Pt/AC为催化剂进行甘油氧化制备乳酸的研究,所得产物中几乎未检出丙酮酸;当以Pb-Pt/C为催化剂进行乳酸脱氢氧化制备丙酮酸,可获得较高选择性的丙酮酸.因此,本文通过向Pt/AC催化剂中引入Pb助剂,以期调变甘油氧化的产物分布,从而获得相对高的丙酮酸选择性.通过浸渍-沉积沉淀法(Im-DP)制备了一系列不同Pb载量(1–7.0 wt%)的xPb-5Pt/AC-Im-DP催化剂,并采用不同方法制备了一系列5Pb-5Pt/AC催化剂,用于在温和条件下甘油选择性氧化制备丙酮酸反应中.结果表明,Pb载量和催化剂制备方法都对其催化活性有显著影响.当xPb-5Pt/AC-Im-DP催化剂中Pb载量为1%时,甘油转化率和丙酮酸选择性均较单金属5Pt/AC催化剂高,但当Pb载量继续升高至3%及以上时,甘油转化率明显下降.我们推测这与Pb3(CO3)2(OH)2物种的形成有关.采用该方法制备催化剂时,Pb载量宜为5.0 wt%.保持Pt和Pb载量均为5.0 wt%,采用共沉积沉淀(Co-DP)、共浸渍(Co-Im)、以及对催化剂进行500oC氩气焙烧等,制备了具有Pb3(CO3)2(OH)2物种、铂铅合金物种(PtPb和PtxPb)和两物种均没有的5Pb-5Pt/AC催化剂.通过评价它们的催化性能,进一步探究了Pb3(CO3)2(OH)2物种、铂铅合金物种、表面金属价态与催化剂活性的关系.实验表明,Pb3(CO3)2(OH)2和表面Pb0物种不利于甘油的转化,铂铅合金对甘油转化有一定的促进作用,对丙酮酸生成显现出明显促进作用.通过对Co-DP、Im-DP催化剂进行500oC氩气焙烧,能够除去Pb3(CO3)2(OH)2物种,同时形成铂铅合金.综上,本文在温和条件下,采用Pb-Pt/AC催化剂进行甘油选择性氧化制备丙酮酸反应.采用优化的方法制备的5Pb-5Pt/AC催化剂在90oC条件下反应10 h,丙酮酸收率可达18.4%,这是目前甘油一步法氧化制备丙酮酸的最高值.进一步优化反应条件、催化剂组成与结构,探索反应机理仍十分必要.