不同金属改性对Pt/β-分子筛催化柴油车尾气中HC、CO及SO_2氧化性能的影响

采用共浸渍法制备了Ce、Cr、Mo和Cu改性的Pt/β-分子筛催化剂,运用氮吸附、XRD、H_2-TPR、NH_3-TPD和XPS等手段对该催化剂进行了表征,研究了不同金属改性对催化剂的织构性质、骨架结构、表面酸性以及在模拟柴油车尾气中抑制SO_2氧化性能和催化HC、CO氧化活性的影响。结果表明,金属改性对催化剂织构性能和骨架结构影响较小。Cr、Mo和Cu的添加可以调变催化剂酸强度,进而抑制SO_2的氧化;Cu改性的催化剂具有最好的抑制SO_2氧化的能力,在350和450℃条件下,与未改性Pt/β-分子筛催化剂相比,Cu改性催化剂上SO_2转化率分别下降了70.4%和70.2%。然而,改性金属与Pt物种之间产生的相互作用,会使Pt物种更难还原,导致Pt对HC和CO氧化的催化活性降低。     

酸预处理对于 Fe-ZSM-5和 Fe-beta分子筛催化消除 N2O的影响

作为六大温室气体之一, N2O的增温潜能是 CO2的310倍,甲烷的21倍,目前仍然以0.80 ppb/年的速度增长,但是减排成本很低,因此对 N2O的消除具有重要意义.在工业中金属修饰的微孔分子筛因其优良的催化活性,高水热稳定性,低成本等优点而成为研究重点.但是微孔分子筛狭窄的微孔孔道限制了金属前驱体的进入,导致活性金属含量低,进而限制了活性的提高.因此采用一定的改性手段减小分子筛颗粒尺寸,缩短微孔孔道长度或者扩大微孔孔道来增加活性铁物种的含量进而提高分子筛催化活性.
　　本文选用商用的 ZSM-5和 beta分子筛作为母板分子筛,按照3 g ：50 mL比例将分子筛母板与1.0 mol/L的 HNO3在室温下混合,分别搅拌0,2和24 h,然后采用液相离子交换法负载金属铁制备得到 Fe-ZSM-5和 Fe-beta.通过 X射线衍射、N2物理吸吸脱附、电感耦合等离子原子发射光谱仪、扫描电镜、透射电镜、NH3程序升温脱附及紫外漫反射(UV-vis)等手段对不同时间处理的分子筛的形貌、酸性和铁物种等物理化学性质进行表征.对两种催化剂催化消除 N2O的反应性能进行了测试.结果显示,温和的酸处理下分子筛脱除了部分 Al,其中, ZSM-5分子筛的表现为由外向内逐层刻蚀,颗粒尺寸减小,孔道长度缩短,但是由于 MFI型分子筛较高的稳定性,酸处理对分子筛孔道大小的改变并不明显,而对于 beta分子筛,首先是其中大量无定形物种的去除,然后对孔道进行修饰,使之略微扩大,但是对颗粒尺寸的影响不大.
　　 ICP结果显示,商用 ZSM-5和 beta分子筛经过温和的酸处理改性后, Si/Al比增大,负载 Fe的含量明显增加,各催化剂催化消除 N2O的活性也出现了不同程度的提高. Fe-ZSM-5和 Fe-beta分子筛上 N2O完全转化温度分别向低温段移动了10–15和30°C. UV-vis谱图显示,分子筛中存在着不同种类的铁物种,通过分峰计算发现,孤立的 Fe3+铁离子和低聚态的 Fex3+Oy均是催化活性铁物种,其含量的增加部分也解释了活性提高的原因.     

增强LPG催化裂化催化剂ZSM-5稳定性的新方法：脱铝和负载硅

以碳纳米管为模板合成的带有介孔和微孔的ZSM-5分子筛具有不同的复合结构。用三氯乙酸(TCA)可选择性地将中孔的铝脱除。基于TCA分子大小,它可能只扩散到中孔中,因而使得微孔部分不脱铝。从分子筛结构中脱除铝原子导致催化剂中出现中空的空间。若将硅原子填充到空位中,那么介孔部分的结构会变得与硅酸盐类似,不具有催化性能。本文使用含硅的溶液来填充空位,将硅原子直接取代中孔结构中的铝原子。通过此特殊方法改变微孔和介孔的几何形状和性质,从而使改性HZSM-5上的积碳量从14%降低至3%。     

纳米多级孔分子筛：简短的综述

分子筛是一种三维微孔结构的硅铝酸盐晶体,具有灵活多变的骨架和组成、较高的物理和水热稳定性、无毒、高比表面积、离子可交换性以及很低的成本等特点,因而在油品精制、石油化学、农业、水和污水处理等众多领域中用作离子交换剂、催化剂和吸附剂。尽管分子筛的应用是基于其本身的微孔结构,但微孔也导致体积较大的反应物和产物分子的传质阻力高。通过制备纳米尺度和多级孔结构的分子筛等多种手段可克服常规分子筛所具有的传质限制。人们已经开发了多种方法制备了新型的分子筛材料,并考察了它们在各种催化反应和吸附反应中的性能。在反应体系中采用这种多级孔的纳米分子筛,有可能提高催化剂的使用寿命和催化性能,抑制积碳和失活。本综述概述了多级孔分子筛和纳米分子筛的高性能及其合成方法的最新进展,讨论了每个合成方法的优缺点,简述了纳米分子筛和二级孔结构分子筛的催化应用,并与常规分子筛进行了比较。     

用于电催化氧化甲醛的新型Ni(OH)2-X/CPE负载电极的制备

采用一种简易的方法制备了新型Ni(OH)2-X/CPE电极,并将其用于电催化氧化甲醛反应.采用扫描电镜和能量散射谱对所制Ni(OH)2-X/CPE电极进行了表征,并运用循环伏安法、电化学阻抗谱和计时电流法考察了该电极的电化学性能.结果表明,该Ni(OH)2-X/CPE电极对甲醛氧化表现出高电催化活性,这归功于X具有纳米孔结构和大的比表面积.电子传递系数和催化反应速率常数分别为0.7和6.1×104 cm3/(mol·s).该电极对甲醛氧化具有高而稳定的电催化活性,且制备重复性高,有望应用于燃料电池中.     

载体H+含量对CuY甲醇氧化羰基化反应性能影响

通过过量浸渍Cu(NO_3)_2溶液于Y分子筛载体上,制备出Cu负载量为6.4%的CuY催化剂,考察了甲醇氧化羰基化反应的催化性能,并采用X射线衍射(XRD)、H2程序升温还原(H2-TPR)、透射电子显微镜(TEM)和NH3程序升温脱附(NH3-TPD)等手段对催化剂表面微观结构进行了表征。研究表明,随Y分子筛载体H+含量的增加,可使更多Cu物种落位于分子筛微孔笼结构中,且高度分散,而笼内未交换的Na+能进一步促进铜物种更多落位于载体超笼结构中,形成更多甲醇氧化羰基化反应的Cu+活性中心。同时随铜物种引入,催化剂中产生了明显的中强酸,酸量随落位于载体笼结构中的Cu物种的增加而增加,催化剂总酸量随之增加,导致甲醇氧化羰基化产物分布发生改变,碳酸二甲酯(DMC)选择性明显降低。对比等体积浸渍法制备的92.3%的高DMC选择性CuY催化剂,以不含H+的NaY分子筛为载体,过量浸渍法制备的CuY催化剂酸量少、Cu物种活性中心多,在保持82.4%的高DMC选择性时,其DMC的时空收率(STY)也高达109.1mg·g~(-1)·h-1。     

TMPDO和4-NOH-TMPD在HTS/H_2O_2催化体系中的吸附机理及对Ti—OOH的稳定作用

采用TG,NH_3-TPD,FTIR和原位IR考察分析了2,2,6,6-四甲基-4-酮-哌啶(TMPDO)和2,2,6,6-四甲基-4-肟基-哌啶(4-NOH-TMPD)在空心钛硅分子筛/双氧水(HTS/H_2O_2)体系中的吸附作用和机理.结果表明,HTS/H_2O_2体系中的催化剂表面存在Si—OH和Ti—OOH活性位;TMPDO和4-NOH-TMPD分子主要通过碱性的=N—H基与酸性较强的Si—OH中心作用,同时分子中对位的羰基或肟基与Ti—OOH中心作用,形成双位吸附.从而显著地提高活性中心Ti—OOH的稳定性和浓度,并导致催化剂表面强酸位数量明显减少,而弱酸位数量明显增加.因此,通过吸附适当有机碱来修饰催化剂的表面性质,可以提高HTS/H_2O_2体系的催化活性和选择性.     

脱铝丝光分子筛应用于MTP反应:Al的落位和晶体形貌的影响

甲醇制烯烃/丙烯工艺(MTO/MTP)是当前煤基碳资源绿色催化转化的重要过程之一.在MTO/MTP工艺中,分子筛通常面临低碳烯烃选择性低、水热稳定性差和寿命短等挑战.开发高选择性和高稳定性的分子筛催化剂对煤基乙烯/丙烯等化学品的工业生产具有重要意义.本文选择了具有12元环孔道的低硅丝光分子筛(Si/Al=6)为母体,对其进行脱铝处理制备了一系列不同Al含量的高硅丝光(Si/Al=51?436)催化剂.通过N_2-吸附、NH₃程序升温脱附、羟基红外光谱、CD3CN-IR和Py-IR等技术对脱铝前后分子筛的孔道结构、酸密度、酸强度和铝的落位进行了深入研究,并将其与MTP反应性能进行关联.结果表明,骨架Al的脱除在晶体中引入了介孔.随着Si/Al的提高,分子筛的酸量和酸强度同时降低.深度脱铝后的丝光分子筛中只存在少量位于8元环侧口袋与12元环交叉口处的T2和T4位Al原子.Si/Al高于150的脱铝丝光分子筛在MTP反应中丙烯选择性高达63%,丙烯/乙烯的比值高达10.与低硅丝光分子筛相比,深度脱铝的丝光分子筛表现出更好的稳定性和更长的寿命.相同反应条件下,低硅丝光样品(Si/Al=6)反应2 h后完全失活(转化率低于10%),而高硅丝光样品(Si/Al=274)反应132 h后转化率仍然高于80%.丝光分子筛在脱铝处理后催化性能得到大幅提升的原因为:酸密度和酸强度的降低显著改变了双循环机理历程,反应中芳烃循环的比重下降,烯烃循环得到了增强,进而提高了丙烯选择性并抑制了积碳速率.此外,脱铝后保留下来的Al原子(活性中心)位于12元环孔道,其大孔结构与脱铝引入的介孔孔道为反应物、中间体及产物的扩散提供了充足的空间,进一步抑制了副反应的发生和积碳的生成.进一步研究丝光分子筛形貌对MTP反应的影响发现,丝光分子筛尺寸的变化不改变产物分布,但显著影响催化剂寿命,其原因在于丝光分子筛c-轴长度的增加使得烃池物种的扩散受到限制,导致催化剂的寿命降低.     

双功能TiSn-Beta分子筛限域的串联Lewis酸催化烯烃生成1,2-二醇

1,2-二醇主要由环氧化合物水合产生、广泛用于防冻剂,聚酯树脂和医药等化学品中间体的生产.研究表明,具有Lewis酸性的含锡沸石分子筛在环氧化物的水合反应中表现出优异的催化性能.环氧化合物是众所周知的碳亲电体之一,主要由烯烃环氧化生成.含Ti(Ⅳ)沸石,如Ti-Beta和TS-1,是烯烃环氧化反应的高效催化剂.串联催化可以将多步反应整合为一次反应,无需分离中间体,有效缩短合成路线,提高生产效率.因此,双功能Ti和Sn分子筛有望应用于烯烃制二醇的串联催化反应中,即烯烃在Ti活性位点上发生环氧化反应,随后在Sn位点上发生水合反应,进而串联一步生成1,2-二醇.在沸石分子筛中产生孤立的多功能活性位点是将多步反应整合成串联催化反应的一种有吸引力的设计策略.本文通过简单且可规模制备的后合成路线构建了双功能TiSn-Beta分子筛,并用于烯烃串联催化制1,2-二醇反应.一方面,该反应中的过氧化氢溶液既能提供氧化剂(如H2O2)用于烯烃环氧化反应,又能提供环氧化合物水合反应的亲核试剂(如H2O);同时TiSn-Beta作为一种高效双功能催化剂,孤立的Ti和Sn活性中心可以有效地将烯烃环氧化反应和环氧化物水合反应串联在沸石微反应器中,实现烯烃一步转化为1,2-二醇.另一方面,沸石的限域效应较好地保证了烯烃环氧化和环氧化物水合的高串联速率和目标产物的高选择性,在最优的反应条件下,1,2-二醇选择性高达90%以上,收率接近70%.本文结果表明沸石分子筛是构筑多功能孤立活性位点的理想载体,为其他串联反应催化剂的设计提供了良好的借鉴.     

基于透射电子显微镜的沸石分子筛结构研究进展

透射电子显微镜是解析沸石分子筛新结构、 分析结构缺陷和研究活性位点等的有力工具. 应用于分子筛研究的透射电子显微术总体上可以分为图像法和衍射法, 包括透射电子显微镜和扫描透射电子显微图像、 选区电子衍射和三维电子衍射, 通常结合其中的几种方法进行分析. 近年来, 随着电子显微镜硬件性能的不断提升, 特别是球差矫正器的广泛应用及各种适用于分子筛等电子束敏感材料的探测器和图像处理技术的不断革新, 在原子尺度观察分子筛的结构已成为可能. 此外, 利用原位电子显微镜技术研究分子筛的生长和催化反应机理也在逐步展开. 本文按电子显微镜方法分类, 综述了近些年基于电子显微镜的分子筛研究, 包括新结构解析、 手性确认和金属负载等的最新进展.