F-T组分改性KCuZrO2催化剂上CO加氢合成异丁醇的性能研究

采用共沉淀法分别制备了不同F-T组分(Fe、Co、Ni)改性的KCuZrO_2催化剂,并用于催化CO加氢合成异丁醇。通过BET、XRD、TEM、XPS、H_2-TPR、CO-TPD以及in-situ DRIFTS对催化剂进行了表征。结果显示,F-T组分的加入促进了乙醇和丙醇的形成,但是对异丁醇选择性影响不同。结果表明,Fe促进了催化剂中各组分的分散,活性组分Cu在催化剂表面发生了富集,提高了H_2/CO活化吸附;另外,KFeCuZrO_2的催化剂表面含有较多的C1物种,有利于乙醇和丙醇进一步发生β-加成反应得到异丁醇,而Co和Ni改性的催化剂上缺少足够的C1物种,因此,异丁醇的选择性并未明显增加。Co的引入对催化剂结构以及Cu的分散影响不大,但是Co改性后催化剂性能有所下降,其原因是催化剂发生了失活; Ni添加后催化剂比表面积有所减小,且催化剂表面Cu/Zr物质的量比也降低到0. 19,催化剂粒径增大,Cu-Zr之间相互作用减弱,异丁醇选择性降低。     

非计量Zn-Cr尖晶石中离子占位对催化合成气合成异丁醇中的关键作用

异丁醇是一种基本有机化工原料和燃料添加剂。从煤基或生物质合成气制异丁醇符合我国“贫油富煤”的能源结构,对于保障我国能源安全具有重要的现实意义。Zn-Cr基催化剂合成异丁醇具有寿命长、积碳少,产物分布简单的优点,被广泛应用于合成异丁醇研究。本文总结了近年来合成气合成异丁醇的进展,重点介绍本课题组近几年在异丁醇合成过程中发现的非计量Zn-Cr尖晶石中离子占位对催化合成气合成异丁醇中的关键作用。首先概述了异丁醇的催化剂体系、合成工艺以及生成机理,然后介绍了促进阳离子在尖晶石结构中混乱分布的策略,包括调节Zn/Cr比例、煅烧温度、制备方法以及负载碱金属等,同时介绍了两种常用的定量检测尖晶石结构离子占位的方法。本课题组首次发现异丁醇产率与离子分布混乱程度呈近似直线关系,是因为离子占位强烈影响催化剂的物化性质。最后展望了异丁醇合成过程中的机遇和挑战,期望此文对能源化工、材料科学等相关学科的学者有一定的参考和启示作用。     

Cu对K-LaZrO2异丁醇合成催化剂的影响

采用X射线衍射(XRD)、程序升温脱附(TPD)、X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱技术及富集法考察了K-LaZrO₂和K-CuLaZrO₂催化剂结构、CO和H₂在锆基催化剂上的吸附行为及异丁醇合成活性的影响. 结果表明, 催化剂添加Cu后, 与Zr形成较好的固溶体, 促进了CuO的分散, 且抑制了ZrO₂结晶, 增强Cu-Zr相互作用, 提高了催化活性. CO-TPD结果显示, 引入Cu后, 催化剂表面CO吸附量明显增加, 有利于碳链增长; H₂-TPD结果显示, 与活性相关的低温脱附氢量也明显增加. 另外, FTIR及富集法结果发现, Cu的引入促进了表面C₁物种的形成, 增加了表面C₁物种含量, 促进了碳链增长, 明显改善了异丁醇的选择性. 在p=10.0 MPa, 空速(GHSV)=3000 h^-1, T=360℃, V(H₂)/V(CO)=1:1条件下,异丁醇选择性达到48.5%.     

1-烷基-4-氨基-1,2,4-三唑类含能离子液体的溶解性能

基于NO3-、ClO4-、N(CN)2-、[2,4,5-TNI]^-和[3,5-DNTZ]^-阴离子,以及1-烷基-4-氨基-1,2,4-三唑阳离子合成了系列环境友好型含能离子液体,通过¹H NMR对其进行了结构表征;采用ab initio结合MP2/6-311G++(2d,p)方法计算了1-烷基-4-氨基-1,2,4-三唑类含能离子液体和溶剂之间的分子间作用能以及含能离子液体的偶极距;系统研究了分子结构、极性以及分子间作用能对该系列含能离子液体的溶解性能的影响。 结果表明:当阳离子不同时,[BATZ]NO₃与水的ΔE绝对值最大为40.7 kJ/mol,当阴离子不同时,[BATZ][3,5-DNTZ]与水的ΔE绝对值最大为45.1 kJ/mol;上述含能离子液体的极性大小顺序为[BATZ][3,5-DNTZ]>[BATZ][2,4,5-TNI]>[BATZ]N(CN)₂>[BATZ]ClO₄>[RATZ]NO₃;最后,1-烷基-4-氨基-1,2,4-三唑类含能离子液体的溶解度随着溶剂介电常数ε的减小、取代烷基链长的增加、阴离子体积的增大以及分子间作用能的减小而降低,即含能离子液体在溶剂中的溶解度大小顺序为[BATZ][3,5-DNTZ]>[BATZ][2,4,5-TNI]>[BATZ]NO₃>[BATZ]ClO₄>[BATZ]N(CN)₂>[PATZ]NO₃>[HATZ]NO₃>[DATZ]NO₃,其中,[BATZ][2,4,5-TNI]在水中溶解度最大为10.0327 g/10 g。