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.     

改善Rh基催化剂上CO加氢生成C2含氧化物性能的本质及途径

 从CO加氢反应的热力学出发,分析了C2含氧化合物生成反应的途径和机理,阐述了改善Rh基催化剂上生成C2含氧化合物性能的本质以及实现的途径. 结果显示,相对于CO加氢生成烃类的反应,乙醇、乙醛和乙酸等C2含氧化合物的生成在热力学上是极为不利的; 最重要、最有效的提高C2含氧化合物生成活性的手段是开发具有高选择性的催化剂. 通过对浸渍方法和还原条件的选择,适当地抑制了Rh-Mn-Li-Fe/SiO2催化剂加氢活性,最终改善了催化剂的加氢性能,使得甲烷选择性降至6.3%, 而生成C2含氧化合物的选择性达到91.6%, 且保持有较高的时空收率.     

合成气直接制C2含氧化合物Rh基催化剂中金属-助剂(载体)界面的构建

由煤、天然气或生物质经合成气直接制取乙醇等C₂含氧化合物可以替代传统的石油和粮食路线，其意义重大。负载型助剂促进的金属Rh是实现该过程最有效的催化剂，其中Rh-助剂（载体）接触界面是发生目标反应的活性位，其面积的大小直接决定了该催化剂的性能，因此，近些年来人们尝试多种物理或化学方法来改进Rh基催化剂的制备过程，以最大化金属-助剂界面。我们简要介绍和评述了涂覆法、形成复合氧化物或合金、强静电吸附法、控制表面反应法和原子层沉积法等的原理、过程以及优缺点。通过结合上述合成方法，可制备出均一分布的、界面活性位结构确定的催化剂。     

Pt/WO3/ZrO2 催化甘油选择性脱羟基制 1,3-丙二醇反应的溶剂效应

 考察了不同溶剂中 Pt/WO3/ZrO2 催化剂催化甘油加氢制 1,3-丙二醇的反应性能. 结果表明, 质子溶剂乙醇和水有利于甘油转化为 1,3-丙二醇. 含有乙醇或水的二元混合溶剂表现出明显的溶剂组分协同效应, 使用混合溶剂时 1,3-丙二醇选择性超过使用单一溶剂, 而且混合溶剂的组成对反应性能影响很大.     

载体焙烧温度对Rh-Mn-Li/SBA-15催化CO加氢性能的影响

SBA-15分别于550、700、800和900℃进行焙烧,然后以等体积共浸渍法将Rh、Mn和Li负载其上。催化剂的性能用CO加氢反应进行评价。催化剂分别用N₂物理吸附、X射线衍射、透射电子显微镜、H₂化学吸附和傅里叶变换红外光谱进行表征。即使在900℃下进行焙烧,SBA-15的结构仍得到保持。但是,当焙烧温度从550℃升高到900℃,SBA-15的比表面积、孔径和总孔容分别从842.6 m²·g^-1、9.57 nm和1.18 cm³·g^-1降到246.4 m²·g^-1、5.62 nm和0.34 cm³·g^-1。此外,Rh颗粒的尺寸都在1.5-4.0 nm范围内,并且随着载体的焙烧温度增加而增加。另外,Rh颗粒更倾向位于高温焙烧载体的介孔内,这可能是因为经过高温焙烧,载体微孔下降。所以,H₂和CO更易与负载在高温焙烧后的载体上的Rh颗粒接触。因此,当载体焙烧温度达到900℃时,Rh-Mn-Li/SBA-15催化剂有非常高的C₂₊含氧化合物的活性和选择性。     

CO加氢制C2含氧化合物Rh基催化剂中常见助剂的作用

由煤、天然气或生物质出发,经合成气制乙醇等C2含氧化合物具有重要意义,负载型Rh基催化剂是实现该过程最有效的催化剂。助剂的选择尤其重要,其中Fe、Mn、Li的助催化作用最为显著,人们对此进行了长期而有效的研究,有关观点也很难统一,但相关总结性的报道不多。因此,本文系统综述了这三种常见助剂催化作用的研究进展。结果表明,这些助剂的作用与其所处的催化体系、制备方法等密切相关,后者直接影响了助剂-金属-载体间相互作用,使得催化剂各种组分表现出不同存在状态,进而影响它们在CO加氢各基元步骤中的催化作用。本文可为人们全面认识这些常用助剂的作用提供有益的参考。     

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.     

Rh基催化剂上CO加氢制C2含氧化物的原位红外光谱研究

 用原位红外光谱考察了Rh-Mn-Li-Fe/SiO2和Rh/SiO2催化剂表面上CO的吸附态及CO加氢反应过程中吸附物种的变化. 结果表明,CO在Rh/SiO2催化剂上仅有线式吸附态存在,而CO在Rh-Mn-Li-Fe/SiO2催化剂上既有线式吸附态存在,又有孪生吸附态存在. 这说明Rh-Mn-Li-Fe/SiO2催化剂中Rh的分散度较高. 经CO加氢反应(3.0 MPa,593 K)后,在Rh-Mn-Li-Fe/SiO2催化剂上可观测到C2含氧化物前驱物种的吸收谱带,而在Rh/SiO2催化剂上未观测到相应的谱带; CO在这两种催化剂上主要以线式吸附态存在,孪生吸附态基本消失. 结合催化剂对CO加氢的催化性能,可以认为线式吸附的CO对生成C2含氧化物有贡献. Rh-Mn-Li-Fe/SiO2催化剂的高活性是由于助剂的存在削弱了其表面吸附CO的 C-O键,促进了CO的活化,从而有利于C2含氧化物前驱物的生成.     

Rh-Mn-Li/SiO2催化剂的吸附量热和红外研究

通过在最优Rh含量基础上对金属配比的再优化,成功地改进了Rh-Mn-Li/SiO2催化剂的CO加氢性能;并采用微量吸附量热和红外等表征手段,考察了助剂Mn和Li促进作用的本质.结果表明:助剂Mn和Li的添加,使孪式和线式吸附CO的碳氧键强度增加,并同时削弱了桥式吸附CO的碳氧键或者使其转化为更易于解离的倾斜式CO吸附物种,从而同时增加了Rh基催化剂的CO解离和插入能力,提高了其活性和C2含氧化合物选择性.另一方面,Mn和Li的添加显著地降低了Rh基催化剂表面H的数量和稳定性.催化剂加氢能力显著降低极大地抑制了CH4的生成,从而有利于C2含氧化合物选择性的进一步提高.     

助剂促进的Rh-Fe/Al_2O_3催化剂上CO加氢制乙醇反应性能

考察了Fe,Rh载量以及助剂对Rh-Fe/Al2O3催化剂上合成气制乙醇反应性能的影响.结果表明,随着Fe载量的增加,甲醇选择性持续上升伴随着甲烷选择性的持续下降,而乙醇选择性有最优值.助剂的添加或多或少促进了甲醇耦合、CO插入和解离的活性,或抑制了催化剂加氢能力,使得乙醇选择性有所上升,甲醇选择性有所下降,而烃类选择性变化不大.随着CO加氢反应的进行,Rh-Fe/Al2O3催化剂上烃类选择性逐渐下降,但甲醇的生成活性逐渐上升,而乙醇选择性和生成活性逐渐下降;然而,助剂的添加并未提高催化剂的稳定性.这可能是由于在反应过程中Fe物种逐渐被合成气还原使得乙醇生成活性位数量逐渐减少所致.