碳酸乙烯酯选择加氢合成甲醇与乙二醇高效稳定Cu/SiO2催化剂研究

CO2作为重要的碳氧资源, 具有来源丰富、价格低廉、安全等突出优点. 近年来, 由于蕴含的巨大利用潜力,CO2间接利用制备基础化学品、能源燃料对于可持续制备大宗化工品中具有重要研究意义, 日益受到研究者和工业界的广泛重视.甲醇与乙二醇是化学工业中的两种重要大宗原料. 甲醇不仅是重要的有机化工原料、清洁环保的液体燃料, 同时也是氢气和能量储存的良好载体. 乙二醇作为一种重要的有机化工原料, 在聚酯等领域具有广泛应用.CO2经碳酸乙烯酯氢解制备甲醇/乙二醇是典型的原子经济反应, 对资源、能源和环境的可持续发展具有重要意义. 需要指出的是,CO2与环氧乙烷环加成制备碳酸乙烯酯已具备成熟的工业化技术. 因此, 该路线研究重点在于发展碳酸乙烯酯选择加氢联产甲醇和乙二醇高效稳定的催化体系. 近年来, 铜基多相催化剂催化碳酸乙烯酯加氢联产甲醇乙二醇得到了广泛重视. 由于铜基催化剂存在活性较低、高温易失活等问题, 开发高效且具有良好稳定性的铜基催化剂是目前碳酸乙烯酯加氢研究重点.本文针对碳酸乙烯酯选择氢解合成甲醇乙二醇新型铜基催化体系构建和构效关系研究, 采用硅溶胶蒸氨法制备高分散 Cu/SiO2过程中引入多羟基β-环糊精修饰催化剂前驱体的合成策略, 并通过惰性气体中煅烧后的积碳有效抑制活性铜物种的团聚, 获得了β-环糊精改性的 Cu/SiO2催化剂. 通过 N2吸脱附、XRD、N2O 滴定、H2-TPR、TEM 和 XPS 等系统表征,发现β-环糊精可有效调控催化剂结构和表面不同价态活性铜物种分布. 碳酸乙烯酯加氢性能评价结果表明引入适量β-环糊精的 5β-25%Cu/SiO2具有较优催化活性, 乙二醇选择性 98.8% 和甲醇选择性 71.6%, 且相应的催化活性可达 1178 mgEC gcat-1h-1. 高活性的原因很可能归因于不同价态 Cu0与 Cu+物种协同催化作用及适宜的 Cu+/(Cu0+Cu+) 比例. 结合密度泛函理论模拟计算, 我们提出了 Cu0促进氢气解离、Cu+吸附活化碳酸乙烯酯分子中酯羰基的反应机理. 催化剂重复使用和表征结果表明, 5β-25%Cu/SiO2具有良好的稳定性, 使用前后铜粒子大小和铜物种分布几乎未发生明显变化. 本文为解决铜基催化剂高温易烧结等难题提供了简单有效的活性铜物种稳定化方法, 并为CO2经碳酸乙烯酯绿色合成甲醇、乙二醇高效稳定铜基催化新体系的构筑提供了有益借鉴.     

SB粉水热种分过饱和铝酸钠溶液制备拟薄水铝石

A novel hydrothermal process for preparation of single-phase pseudoboehmite from supersaturated sodium aluminate solution with SB pseudoboehmite seed was presented. The process is characterized by precipitation for 3 h at temperature around 125 ℃ with a seed ratio of 1.0. Precipitation yield of Al₂O₃ over 20% could be reached and the specific surface area of precipitated products almost as high as SB seed could be obtained. The process suitable for preparing pseudoboehmite with any pseudoboehmite seed in principle comprises a highly variation of the current Bayer process and the latest boehmite process for the production of smelter grade alumina.     

不同载体负载的Cr基催化剂催化CO2氧化异丁烷脱氢制异丁烯

制备了介孔分子筛MSU-1,γ-A12O3,AC(活性炭)和MgO负载的CrOx催化剂,并考察了其催化CO2氧化异丁烷脱氢制异丁烯反应性能.结果表明,各催化剂活性的顺序为:CrOx/MSU-1 ＞CrOx/A12O3＞ CrOx/AC＞ CrOJMgO.其中在CrOx/MSU-1催化剂上,异丁烷的转化率和异丁烯的收率分...     

Ni/Al2O3催化剂上CH4三重整反应-催化剂床层温度分布

在连续流动的固定床反应装置上，考察了Ni/Al2O3催化剂上CH4三重整反应中催化剂床层的温度分布。实验在常压、750℃~950℃、2000h-1~20000h-1下进行，研究了外控炉温、空速和进料组成对催化剂床层温度分布的影响。结果表明，催化剂床层中的温度梯度较甲烷部分氧化反应平缓，在CH4/CO2/H2O/O2=50/12.5/12.5/25（摩尔比）、20000h-1下，催化剂床层中入口处温度比炉温高约80℃，出口处温度与器壁温度相当。空速越低，催化剂床层入口处温度(tmax)与炉温之差Δtmax越小(20000h-1时，Δtmax=80℃；2000h-1时，Δtmax=30℃)。当原料气中不含O2时，催化剂床层入口处没有观测到温度骤升的现象。催化剂床层温度分布出现“低谷”现象，温度最低点(tmin)比炉温低30℃~40℃。根据温度分布曲线，大体可将催化剂床层分为三个区域：富氧区、贫氧区和无氧区。富氧区内只发生燃烧反应，贫氧区内发生重整反应和部分氧化反应，无氧区内只发生重整反应。     

载体对Ni基催化剂催化甲烷三重整反应性能的影响

制备了Ni/TiO2, Ni/Mg0.5Ti0.5Ox和Ni/MgO三种催化剂并考察了它们对甲烷三重整反应的催化性能. 结果表明,将Ti引入NiO-MgO体系中可以阻止固溶体的形成,而又不改变Ni的分散度. Ni/TiO2与Ni/MgO的活性随反应时间的延长而降低;Ni/Mg0.5Ti0.5Ox的催化稳定性最好,这与其氧化-还原性以及金属与载体间适度的相互作用有关.     

低密度薄水铝石晶体的水热生长过程

对Al2(SO4)3-CO(NH2)2-H2O体系在[Al3＋]=0.2 mol•L－1、[CO(NH2)2]:[Al3＋]=2∶1和反应2 h的水热条件下,不同反应温度的晶体生长过程进行了研究,得到呈多孔、针状团簇体状的微米级低密度薄水铝石晶体.采用ICP-AES、XRD、FT-IR、SEM、BET和粒径分布等手段对反应液和产物进行了分析和表征.结果表明,140 ℃时氢氧化铝凝胶或无定形粉体的析出已大部分完成,温度升高到180 ℃后,产物的结晶度变好,堆密度从117.2 kg•m－3相应增加到158.2 kg•m－3,比表面也从75.3 m2•g－1增加到88.3 m2•g－1,但平均粒径有所下降.晶体前驱体在550 ℃焙烧2 h后完全转化为形貌相似并且比表面增加的γ-Al2O3.     

Cr/MSU-1催化剂中Cr含量对CO2氧化丙烷脱氢反应催化性能的影响

研究了CO2氧化丙烷脱氢制丙烯高效wCr/MSU-1 (w＝2, 4, 6, 8, 10, 质量分数, 以Cr2O3计算)催化剂中Cr含量对催化剂结构和催化活性的影响. 催化剂活性评价结果表明, 随Cr含量的增加, 催化剂的活性呈现先提高后降低的变化趋势. 在600 ℃条件下, 6.0Cr/MSU-1表现出最佳的催化反应活性, 其中丙烷、CO2转化率分别达到62.6%和22.1%. 为明确Cr含量对催化剂结构的具体影响, 对催化剂样品进行了XRD, UV-Vis和XPS表征: 催化剂样品的XRD表征发现Cr/MSU-1催化剂不仅能够保持良好的MSU-1分子筛的孔道结构, 而且活性金属Cr在载体表面具有很高的分散度, 随着Cr含量的增加催化剂表面形成明显的Cr2O3晶相; UV-Vis表征结果证实低Cr含量催化剂表面主要以Cr6＋的形式存在, 高Cr含量催化剂表面有明显的Cr3＋出现; 反应前后的催化剂XPS表征结果进一步证实催化剂表面的Cr6＋与催化反应活性具有良好对应关系. 基于上述结果, 我们认为Cr6＋是该催化剂重要的活性中心.     

磷石膏中微量含氟物相的光谱分析

磷石膏中二水硫酸钙(CaSO₄·2H₂O)的含量高达90%以上,是一种重要的再生石膏资源。然而与天然石膏不同,磷石膏中磷、氟、有机物等有害杂质限制了它的实际利用。探明微量杂质氟物相的存在形态、含量及分布规律,对高效脱除磷石膏中杂质氟具有重要的理论价值。采用X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS)与电子显微探针(electron microprobe analysis, EMPA)相结合的分析方法,研究了磷石膏中微量含氟物相的主要存在形式和分布规律。结果表明,磷石膏中微量含氟物相主要包括NaF,KF,CaF₂,K₂SiF₆,Na₂SiF₆,Na₃AlF₆,K₃AlF₆,AlF₃·3H₂O,AlF_2.3(OH)_0.7·H₂O,Ca₅(PO₄)₃F,Ca₁₀(PO₄)₆F₂。其中,4.83%的氟以NaF,KF,CaF₂等氟化物形式存在,8.42%的氟以氟磷酸盐Ca₅(PO₄)₃F和Ca₁₀(PO₄)₆F₂形式存在,12.21%的氟以氟铝酸盐Na₃AlF₆和K₃AlF₆形式存在,41.52%的氟以氟硅酸盐K₂SiF₆和Na₂SiF₆形式存在,33.02%的氟以带结晶水的氟化铝AlF₃·3H₂O和AlF_2.3(OH)_0.7·H₂O形式存在。研究表明分析固体样品中微量元素物相时,采用XPS与EMPA相结合的分析方法更具有优势。本研究为磷石膏中微量杂质氟的脱除以及有效回收氟资源提供理论依据。     

基于XRF与RBF神经网络的锌浸出渣有价组分精准定量分析研究

锌冶炼浸出渣是湿法炼锌工艺产出的冶炼固废渣,占锌冶炼固废产出总量的75%以上,因含有Zn,Cu,Pb,Ag,Cd和As等多种有价金属元素,其资源化利用潜力巨大。然而由于其成分含量不稳定,检测精度不足等原因,导致关键元素的资源转化效率难以保证,因此对浸出渣关键资源组分的精准定量分析在锌冶炼行业绿色发展方面具有重大意义。该研究以Zn,Cu,Pb,Cd和As五种目标元素为分析对象,分别采用XRF工作曲线法和XRF结合RBF神经网络模型的方法对浸出渣目标元素定量分析,以相对误差、相对标准偏差作为两种方法的评价指标,对两种方法进行分析比较。首先采用标准添加法对工业现场采集的锌浸出渣配制浓度梯度样,并以此为标准化样品进行ICP-OES检测,随后将ICP-OES检测结果作为目标元素定量分析基准值,对浓度梯度样品进行X射线荧光光谱（XRF）检测,建立目标元素工作曲线,利用工作曲线对各目标元素进行定量分析。同时用XRF光谱数据构建输入矩阵、样品目标元素浓度构建输出矩阵,训练RBF神经网络来构建浸出渣中目标元素多元定标模型,并用此模型实现浸出渣样品目标元素预测。工作曲线法定量分析结果与ICP-OES基准值对比得到相对误差均值为8.5%,标准偏差均值为4.0%;RBF神经网络预测结果与ICP-OES基准值对比得到相对误差均值为0.18%,标准偏差均值为0.58%。结果表明,两种方法均能实现浸出渣样品目标元素的定量分析,但XRF结合RBF神经网络的方法能够对浸出渣样品进行精准定量分析和基体校正,分析结果准确性和精密度优于传统工作曲线分析方法。     

Ni/Al2O3催化剂上甲烷三重整制合成气

制备了负载于大孔容、高比表面的γ-Al2O3载体上的Ni基催化剂.采用固定床流动反应装置,考察了催化剂焙烧温度、反应条件(反应温度、压力、空速以及反应原料气组成)对甲烷三重整反应(TRM)制合成气的催化性能的影响.结果表明,650℃焙烧的催化剂具有较好的稳定性.在常压、850℃、10080h-1、n(CH4)/n(CO2)/n(H2O)/n(O2)=1/0.48/0.54/0.1的条件下,CH4转化率达到95.4%,CO2转化率达到84.6%,在此条件下连续运行9h未见活性下降.TRM反应适宜于在高温、低压下进行,原料组成的变化不会影响CH4转化率,但会影响CO2转化率和产物合成气的n(H2)/n(CO)比.