Ni-Re/SiO2催化剂中Ni颗粒尺寸对乙醇胺催化胺化反应的影响

以醇和氨/胺为原料采用催化胺化法合成有机胺长期以来广受关注,该工艺反应副产物只有水,符合现代绿色化工理念.作为工业应用的成功案例,乙醇胺(MEA)催化胺化法目前已成为生产乙撑胺(包括乙二胺(EDA),哌嗪(PIP)等)的主要工艺.MEA催化胺化通常在过渡金属催化剂上进行,如Ni基催化剂,反应过程遵循"借氢机理",经历了"脱氢-缩合胺化-加氢"三个过程.目前,关于MEA胺化催化剂的研究主要以专利为主,据我们所知,对于催化剂金属颗粒尺寸和胺化性能之间的构效关系的研究极少,特别是对于金属粒径对胺化产物分布的影响,目前还未见报道.因此,本文的目的是合成具有不同Ni颗粒尺寸的Ni-Re/SiO_2催化剂,通过滴流床反应器评价,研究颗粒尺寸对MEA胺化活性和产物分布的影响.采用控制催化剂焙烧和还原条件的方法,制备了四种不同Ni粒径的Ni-Re/SiO_2催化剂;随后采用N_2物理吸附, H_2程序升温还原, X射线衍射, H_2化学吸附,光电子能谱,红外吸收光谱等对催化剂的孔结构、还原性、粒径分布、金属Ni活性比表面、分散度、表面Ni位点类型和电子性质进行研究.MEA催化胺化反应在滴流床反应器上进行,反应条件为170oC, 8.0 MPa, MEA液时空速0.5h~(–1), NH_3:MEA摩尔比10:1, H_2含量2.5 mol%.表征结果证明,成功制备了具有不同Ni粒径,且尺寸分布集中的Ni-Re/SiO_2催化剂, Ni粒径分别为4.5, 10.5, 14.6, 18.0nm.评价结果表明, Ni颗粒4.5 nm的Ni-Re/SiO_2催化剂具有最高的活性, MEA转化率高达85.7%, EDA和PIP收率为66.4%,优于以往专利文献所报道的值.结合表征结果分析,这是由于Ni-Re/SiO2 (4.5 nm)上的Ni粒径小,分散度高,因此Ni活性比表面积大,为胺化反应提供了充足的催化位点.进一步深入研究了Ni颗粒尺寸对MEA胺化反应的影响,发现随着Ni粒径增加,底物MEA的转换频率(TOF)从193 h~(–1)增加到253 h~(–1),表明大颗粒有利于胺化反应.此外,随着粒径增加,产物中伯胺和仲胺的摩尔比从1.0增加到2.0,产物EDA的TOFEDA值由63 h~(–1)增加到119 h~(~(–1)),表明Ni粒径变化影响了MEA胺化反应途径和产物分布,增大粒径有利于EDA的生成,从而提高了产物中的伯:仲胺之比.实验结果证明, Ni-Re/SiO2催化剂粒径影响了颗粒表面Ni的配位环境,从而改变了表面的电子结构.增大Ni粒径可提高面位点Ni的比例和表面电子云密度,导致中间产物容易从Ni表面脱附,从而有利于促进反应初始阶段MEA与NH_3的胺化,提高EDA选择性.     

CO加氢Rh-Mn-Li/SiO2催化剂配比的优化及其CO脱附行为

通过优化Rh-Mn-Li/SiO2催化剂配比,大大地提高了其催化CO加氢合成C2含氧化合物的性能,并利用吸附CO的程序升温脱附(CO-TPD)和程序升温表面反应(TPSR)等方法考察了助剂Mn和Li对Rh基催化剂表面CO脱附行为的影响.结果表明,在543~573K内,Rh担载量为1.5%时催化剂的Rh效率(ERh)最高.少量Mn的添加显著地提高了Rh基催化剂的ERh,C2含氧化合物的时空收率(STYC2-oxy)和选择性(SC2-oxy).并且随着Mn含量增加,ERh和STYC2-oxy在Mn=0.53%时最高,但SC2-oxy一直缓慢增加.而随着Li含量增加,SC2-oxy显著增加,但是ERh和STYC2-oxy明显下降.CO-TPD和TPSR结果表明,助剂Mn和/或Li的添加改变了催化剂表面解离CO活性中心的数量及其解离CO的能力,从而影响催化剂的活性.另一方面,Mn和Li的添加提高了催化剂表面弱吸附CO的相对数量,从而使SC2-oxy提高.     

基于氮,膦配体多孔有机聚合物材料的设计合成及其催化应用

多孔有机聚合物(porous organic polymers,POPs)是近年来涌现出的由纯粹的有机分子砌块,通过共价键连接而成的一类具有高比表面积、丰富的孔结构、低骨架密度和良好热稳定性的新型材料。而N,P配体在均相过渡金属络合物催化的氢甲酰化反应、偶联反应、加氢反应、硅氢加成反应,CO2环加成等反应中具有重要的应用,通过合理的设计和修饰N,P配体的电子效应和立体结构,可有效地调控目标产物的收率和选择性。得益于有机合成策略的多样性,POPs材料也具有合成路径及构建方式多样,可较为方便地在聚合物骨架中定点引入特定功能位点的特点,这为基于N,P配体均相过渡金属催化剂的多相化提供了全新的思路与契机。本文将对国内国外相关课题组及本课题组在基于N,P配体POPs材料的设计合成及其催化应用方面所做的工作进行简要的总结归纳,并对该方向进行相应的工业应用前景展望。     

新型水溶性配体-负载金属氢甲酰化催化剂:TPPTS-Rh/SiO2

考察了几种硅胶负载贵金属催化剂和HRhCO(TPP)3催化剂的1-己烯氢甲酰化反应,对Rh/SiO2、 HRhCO(TPPTS)3/SiO2 和TPPTS-Rh/SiO2上的1-己烯氢甲酰化结果进行了比较.结果表明, TPPTS-Rh/SiO2催化剂的醛的选择性和醛的正异比n/b接近HRhCO(TPPTS)3/SiO2 的相应的催化性能,而远高于Rh/SiO2的相应的催化性能, 7.0 MPa高压下TPPTS-Rh/SiO2催化剂的活性大幅度增加,达到0.0692 S-1.实验排除了其他可能,认为是含有孤对电子的TPPTS 和Rh/SiO2中高度分散的Rh粒子产生了化学键的作用,形成了具有匀相性能的支撑水膜多相催化剂: TPPTS-Rh/SiO2.     

巴比妥酸-3,4-C60吡咯衍生物的电子光谱及二阶非线性光学性质的理论研究

利用量子化学半经验AM1和ZINDO方法研究了巴比妥酸-3,4-C60吡咯衍生物的结构规律和光谱性质.以全自由度优化几何构型为基础,计算了化合物的电子光谱.对电子跃迁进行了指认,分析了光谱红移的原因,两类化合物在400 nm以上均产生非C60特征吸收.同时用INDO/CI-SOS方法计算了所设计的体系的二阶非线性光学系数βμ,其中βμ最大可达402.3×1030 esu.体系具有A-D-A结构,其共轭性对光谱和二阶非线性光学系数有较大影响,共轭程度越高,体系的βμ值越大,而λmax红移.与巴比妥酸-3,4-C60吡咯衍生物比较,相应的硫代巴比妥酸-3,4-C60吡咯衍生物的βμ值较大.     

金属粒径对锚合膦配体修饰的Rh/SiO_2催化剂氢甲酰化性能的影响

在相同Rh担载量和P/Rh摩尔比的条件下,使用壳型催化剂制备技术制备了具有不同Rh粒径的锚合膦配体修饰的Rh/SiO_2催化剂,以乙烯氢甲酰化反应作为探针反应考察了催化剂的反应性能.结果表明,Rh粒径直接影响催化剂的催化性能:Rh粒径越小,催化剂活性越高,但诱导期越长.通过H2化学吸附、透射电子显微镜、N_2吸附-脱附等温线、原位红外光谱和固体~(31)P核磁共振技术对催化剂进行了表征,结果表明,随着Rh粒径的减小,活性物种铑膦配合物增多,但有效载体面积上的Rh颗粒浓度降低,使膦需要更多的时间和Rh配位形成配合物,从而导致诱导期增长.     

Rh基催化剂上CO加氢制C2含氧化合物的红外光谱研究

 用红外光谱法考察了Rh-Mn-Li-Ti/SiO2催化剂在CO加氢反应过程中表面吸附物种随压力、温度和H2/CO比的改变而变化的规律. 结果表明,高压有利于提高催化剂表面吸附的CO浓度和活性,高温有利于CO解离; 而高温、高压条件不但促进了CO吸附,而且提高并平衡了CO的解离和插入之间的相对活性,促进了C2含氧化合物的生成. H2/CO比的增大有利于CO在催化剂表面的吸附,从而促进了CO插入,尤其是CO的解离和加氢活性,但是过高的H2/CO比将导致过高的CO解离和加氢活性,引起CO插入活性的削弱而最终导致C2含氧化合物生成活性的下降. 同时,考察了助剂(Mn, Li和Ti)对Rh基催化剂表面吸附物种的影响. 结果表明,助剂的加入可提高C2含氧化合物的生成活性.     

P/Rh比对PPh3-Rh/SiO2催化剂上丙烯氢甲酰化反应的影响

研究了P/Kh比对PPh3-Rh/SiO2催化剂上丙烯氢甲酰化反应性能的影响.结果表明,当P/Rh比为15时,丙烯氢甲酰化反应性能最好,丙烯转化率为25.9%,产物丁醛正异比为14,转换频率为241 h-1.PPh3-Rh/SiO2催化剂的固体31P核磁共振结果表明,在合成气气氛下,物理吸附的PPh3能够溢流到Rh/S...     

铁助剂对Rh-Mn-Li/SiO2催化剂表面上的CO脱附和CO加氢行为的影响

 采用一氧化碳程序升温脱附（CO－TPD）和吸附的一氧化碳加氢程序升温表面反应（TPSR）考察了Fe助剂对Rh基催化剂上CO的脱附行为及吸附CO的加氢行为的影响．CO－TPD实验表明，在Rh／SiO2催化剂上CO有三个脱附峰．在Rh－Mn－Li／SiO2中加入0．05％Fe后，高温脱附CO比Rh／SiO2催化剂上相应的CO量大．增加Fe的负载量，CO的脱附量减少．TPSR实验中，CO加氢反应的主要产物是甲烷．不同组分的催化剂上甲烷的生成温度有如下顺序：Rh／SiO2（482K）＜Rh－Mn－Li／SiO2（489K）＜Rh－Fe／SiO2（494K）＜Rh－Mn－Li－Fe／SiO2（501K）．甲烷峰的产生伴随着CO（s）高温脱附峰的消失，说明甲烷是由强吸附的CO加氢生成的．     

新型复合负载金属-支撑水相催化剂

 复合催化剂SAP/Rh-SiO2中匀相组分和多相组分具有协同作用。本文主要考察V助剂对Rh-V/SiO2多相催化剂和SAP/Rh-V-SiO2复合催化剂1-己烯氢甲酰化性能的影响。实验结果表明：加入助剂V之后，Rh-V/SiO2催化剂的活性（147.2h-1）比Rh/SiO2催化剂的活性（20.8h-1）有很大提高，而复合SAP/Rh-V-SiO2催化剂的活性（594h-1）比SAP/Rh-SiO2催化剂的活性（370.5h-1）提高很多。V有很强的储氢作用，在Rh-V/SiO2催化剂上更容易发生氢溢流，因此该类复合催化剂的作用机理可能是多相催化剂上产生的H和CO溢流等活性物种溢流至烯烃配位的匀相催化剂活性上发生反应，从而促进复合催化剂活性的提高。