丙烯气相直接环氧化Au/TiO2催化剂的研究

在H2和O2共存条件下，金催化剂催化丙烯气相直接环氧化反应是近年来发展起来的一种新型环氧丙烷(PO)合成技术．本文采用沉积沉淀法制备了一系列Au／TiO2催化剂，考察了反应溶液的pH值、Au负载量、沉淀剂以及焙烧温度等因素对催化剂丙烯环氧化催化性能的影响．结果表明制备条件对催化性能有明显影响：反应溶液的pH值为7．5及Au负载量为2．4％时所得催化剂活性最好；当以Na2CO3、NaOH等含Na^ 物质作为沉淀剂时，催化性能明显优于Li^ 、K^ 等其它碱金属离子；400℃焙烧制得的催化剂活性较好，在50℃低温反应条件下，环氧丙烷得率可达1．3％．HRTEM结果表明，催化剂中Au组分高度分散于载体表面，且随着焙烧温度的增加Au粒因发生聚集而变大，从而影响了催化剂的活性．表面XPS分析证实，活性较好的Au／TiO2催化剂中活性组分Au除部分呈氧化态外，主要是以金属态的形式存在．     

Sn改性的Au/TS-1催化剂上丙烯气相环氧化反应研究

以Sn改性的TS-1分子筛为载体,利用沉积沉淀法制备了金催化剂,用于在氢气氧气共存下丙烯直接环氧化反应,并比较了不同Sn掺杂量对催化剂结构及其催化性能的影响.X射线衍射与红外光谱结果表明,Sn掺杂进入TS-1骨架中.反应活性结果表明,Sn的改性使催化剂上丙烯的转化率由1.6提高到2.5%,环氧丙烷的选择性由87上升到90%,活性的增加可能是由于Sn的掺入引起的配位效应(ligand effect).     

不同TS-1分子筛含量条状催化剂的丙烯环氧化性能

环氧丙烷(PO)是重要的有机化工原料，主要用于生产聚醚多元醇、丙二醇及其它化工产品。现在工业上主要采用氯醇法和Halcon法生产环氧丙烷，但分别存在污染和联产物量大等问题，人们在改进原有工艺的同时，致力于寻找流程短、副产少、无污染的新工艺。TS-1分子筛的成功合成^[1]及其在以     

Au/TS-1选择性催化氧化NO性能研究

制备了负载型Au/TS-1催化剂,采用XRD、SEM、TEM等方法进行了表征,并将其应用于选择性催化氧化NO反应,考察了各工艺条件对NO催化氧化效率的影响。结果表明,Au/TS-1催化剂具有良好的结晶度,Au粒子成功地负载在TS-1上。该催化剂在选择性催化氧化NO反应中具有优异的低温催化氧化活性,在NO体积分数为1×10-3,O2含量为10%,空速为5 000 h-1,Au的负载量为1.0%,180℃时,NO的氧化率高于55%(此时最适宜吸收处理);260℃时,氧化率可达到78%。     

磷酸盐改性对TS-1分子筛及其丙烯液相环氧化性能的影响

丙烯和过氧化氢在钛硅沸石TS-1上的液相环氧化反应是合成环氧丙烷HPPO新工艺的核心.首先比较了 3种酸性磷酸盐溶液(磷酸二氢铵、磷酸二氢钾和磷酸二氢钠)和两种碱性磷酸盐溶液(磷酸氢二钠和磷酸三钠)浸渍改性对TS-1沸石及其环氧化性能的影响,发现酸性磷酸盐溶液改性可以明显提高TS-1的过氧化氢转化率和环氧丙烷选择性,但...     

丙烯直接环氧化Au/TiO2催化剂失活及再生研究

采用沉积沉淀法制得Au／TiO2负载型催化剂，研究了该催化剂的丙烯气相直接环氧化合成环氧丙烷的反应性能，对新鲜、失活和再生后的催化剂进行TG-DTA、FT-IR、吡啶-IR、TEM以及活性评价等表征．研究结果表明．催化剂的失活是由于吸附在催化剂表面酸性Ti位上的环氧丙烷产物发生副反应生成了大分子沉积物．该沉积物存在着两种类型，其含有长碳烷基和酯基．催化剂再生实验表明在空气和H2中再生时活性恢复良好，而在N2中的再生效果则很差．     

分子氧为氧化剂的Au?Ag/TS-1光催化剂协同光催化丙烯气相环氧化

近年来,丙烯环氧化已引起人们广泛的兴趣;然而,大多数过程仍面临分离困难等问题.此外,丙烯转化率和环氧丙烷(PO)的选择性仍然非常低.从环境和经济观点来看,分子氧是丙烯选择性环氧化的理想氧化剂.开发一种气相光催化环氧化方法,即在光能和多相光催化剂存在的情况下,用于化学品生产.因此,本文探讨了通过光催化O2选择氧化丙烯环氧化.传统的制备方法存在环境污染及能耗大等缺点,而利用氧气直接进行光催化丙烯环氧化制备环氧丙烷是相当具有前景的化学品生产途径.本文采用水热法制备了微球状TS-1载体,再通过浸渍还原法制备了不同Au/Ag质量比的Au–Ag/TS-1双金属催化剂.通过X射线衍射、扫描电镜、紫外-可见吸收光谱、透射电镜、X射线光电能谱、荧光光谱和N2吸脱附法等手段对合成的催化剂的组成、形貌和性质进行了研究,通过气相色谱在线分析得到光催化反应结果.结果表明,通过浸渍还原法可以很好的将贵金属分散到载体表面上.对于Au–Ag/TS-1双金属催化剂,当Au/Ag质量比为4/1时,反应温度为443 K时,环氧丙烷生成速率最大(68.3μmol/(g·h)),其选择性达52.3%.对于Au–Ag/TS-1光催化剂,双金属负载有利于O2吸附活化,同时促进了电子的传递,从而抑制电子空穴的复合,有利于氧自由基的形成.结果表明,Au,Ag双金属之间存在协同催化作用,根据实验现象提出了一种可能的反应机理.     

TS—1的丙烯环氧化性能研究

采用连续淤浆反应器,在40℃,0.4MPa和0.6MPa下,考察了粉状TS－1催化剂在丙烯与过氧化氢环氧化反应中的反应性能,表明TS－1催化剂的单程寿命不低于80h,通过对TS－1催化剂的IR及XRD的表征及比表面分析,发现其骨架结构和骨架钛未发生变化,催化剂部分失活是由于非骨架活性钛的流失及催化剂孔道的堵塞造成的,并可以用甲醇洗脱再生。     

Au/Ti-MCM-41(H)催化丙烯气相直接环氧化

采用纳米组装法制备了一系列不同Ti含量的具有微孔-介孔复合结构(hybrid)的钛硅分子筛Ti-MCM-41(H)载体,继而用沉积-沉淀法制得纳米金催化剂.通过粉末X射线衍射(XRD)、氮气等温吸附-脱附、傅里叶变换红外(FT-IR)光谱、紫外-可见漫反射(DRUV-Vis)光谱、透射电镜(TEM)及等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)对催化剂进行了表征,并考察了纳米金催化剂在氢气/氧气共存条件下丙烯气相直接氧化制环氧丙烷反应中的催化性能.结果表明:合成的微孔-介孔复合结构的钛硅分子筛Ti-MCM-41(H)具有典型的MCM-41结构,Ti(IV)以高分散的形式存在于分子筛的骨架结构中.在常压、423K反应温度下,以Ti/Si摩尔比为1%的Ti-MCM-41(H)为载体制备纳米金催化剂表现出了最佳的催化性能,反应30min,丙烯的转化率达5.4%,环氧丙烷的选择性为74.2%,环氧丙烷的生成速率为73.1g·h-1·kg-1;反应330min后,丙烯的转化率为4.9%,环氧丙烷的选择性为67.3%.     

丙烯环氧化反应中TS-1催化剂失活研究

采用丙烯气相进料,在预混段中先与双氧水的甲醇溶液混合后进入固定床反应器,考察了进料液中pH值、丙二醇单甲醚、乙硫醇以及铁锈等对丙烯环氧化连续反应中TS-1分子筛催化剂性能的影响。结果表明,进料液体pH值对催化剂的催化性能有影响,适宜的进料液体pH值在7左右;副产物丙二醇单甲醚含量的增加不会对催化剂性能产生影响;乙硫醇量的增加使环氧丙烷选择性下降,但不会引起催化剂的失活;而进料液体中铁锈的引入会导致催化剂中部分孔堵塞,使催化剂部分失活。当进料液中的pH值用0.1mol/L的氨水调节为7左右,在反应温度55℃,反应压力0.7MPa,TS-1催化剂具有较好的稳定性,经130h的连续试验考察,双氧水的转化率和环氧丙烷的选择性约为90%。     

Effects of organic solvent addition on the epoxidation of propene catalyzed by TS-1

Effects of organic solvent addition on the epoxidation of propene catalyzed by TS-1 were studied. It was found that addition of 1,2-dichloroethane to the reaction increased not only the conversion and utilization efficiency of H₂O₂, but also the selectivity to PO. The origin of the effects was studied through the characterization of the catalysts after the reaction and the influence of organic solvents on the decomposition of H₂O₂ and PO.     

Au／TS-1@Mesosilica双功能催化材料的制备及其催化丙烯直接环氧化性能

设计制备了一种新型微孔介孔复合核壳结构钛硅分子筛TS-1@Mesosilica（TS-l@Ms）,核为MFI结构钛硅分子筛TS-1,壳层为以非离子表面活性剂P123为模板剂组装形成的介孔氧化硅．壳层氧化硅具有三维蠕虫状孔道结构,有利于微孔和介孔部分的连通及反应物和产物的扩散．通过沉积沉淀法将金纳米粒子负载在壳层介孔孔道,和TS-1中的钛活性中心协同,形成适合于C3H6和H2、O2直接气相环氧化制备环氧丙烷（PO）的双功能催化材料．实验结果表明,Au／TS-1@MS在空速8000mLg-h、温度473K条件下连续反应132h,活性和选择性没有明显下降,丙烯转化率保持在3．7％左右,PO选择性87％以上．     

Effect of solvents on propylene epoxidation over TS-1 catalyst

Solvents have an important effect on the epoxidation of propylene catalyzed by TS-1. The experimental results show that, in different solvents, the catalytic activity of epoxidation is in the following order: methanol > 2-propanol > 2-butanol > acetonitrile > acetone > tetrahydrofuran. Based on the reaction mechanism, the effects of solvents on the epoxidation were studied from eight aspects, which included the electronic effect, the steric effect, the polarity of solvent, the effect of solvent on sorption and diffusion of reactant, the oxidation of alcohol, the etherification of PO, the deactivation of TS-1 and the solubility of propylene in the solvents. The electronic effect, steric effect and the polarity of solvent were considered to be the main aspects. This work may provide theoretical guidance for choosing solvents for these kinds of reactions and also may serve as basis for further industrialization. __________ Translated from Journal of Tsinghua University (Science and Technology), 2007, 47(9): 116–120 [译自: 清华大学学报(自然科学版]     

纳米Au/TS-1催化剂的制备及用于甲醇羰基化体系

采用负压沉积沉淀法、等体积浸渍法、负压等体积浸渍法等方法制备了纳米Au/TS-1催化剂,研究了深床焙烧和等离子体焙烧,以及焙烧温度和焙烧气氛对催化剂中纳米金粒子大小和催化性能的影响,并采用ICP、TEM、XRD、UV-vis、XPS对催化剂金粒子进行了物化性能表征,采用甲醇羰基化制乙酸甲酯反应表征催化性能.结果表明,不同制备方法、不同焙烧方法、不同焙烧温度和焙烧气氛对负载型纳米Au/TS-1沸石分子筛催化剂中金粒子的大小、形貌、物化性质和催化性能有明显影响.其中,3种制备方法中,氢气气氛下焙烧均比空气和氮气气氛下焙烧得到的催化剂的金粒子尺寸更小,分散更均匀,约为5~10 nm.与其它方法相比,负压沉积沉淀法可制得分散更均匀的金粒子,Au/TS-1沸石催化剂中的金粒子尺寸更小,平均粒径为1~5 nm.催化性能评价结果显示,3种方法制备出的负载型金催化剂用于催化甲醇羰基化制乙酸甲酯反应体系中,甲醇的转化率分别为85%、75%、60%,乙酸甲酯选择性可高达68%,反应温度200℃为最好.     

Enhancement of chemoselectivity in epoxidation reactions over TS-1 catalysts by alkali and alkaline metal ions

Alkali metal ions, when present during the synthesis of TS-1, lead to inactive oxidation catalysts. However, when added, in small amounts, to the reaction medium during the epoxidation of allyl alcohol or allyl chloride by H₂O₂ over TS-1, they increase the selectivity for the epoxide. To probe this phenomenon in detail, the influence of pH and alkali and alkaline earth ions on the structure and catalytic activities of the oxo-Ti species generated in H₂O₂. TS-1 and TiMCM-41 systems have been investigated using EPR and diffuse reflectance UV-Vis spectroscopies. In acidic and neutral pH, two types of superoxo-Ti species (Ti(O₂√⁻)), A and B, are observed over TS-1. In the presence of alkali and alkaline metal ions or at high pH, Ti³⁺ ions and a new type of Ti(O₂√⁻) species, A′ are observed. Only the B-type species, however, is observed on TiMCM-41. The A-type are more reactive than the B-type. Epoxide selectivities approaching 100% can be achieved by a proper control of the reaction medium.     

多级孔TS-1用于油酸甲酯高效绿色环氧化

当今时代,资源短缺、环境污染等问题日益严峻,生物质资源化学转化利用成为各国研究重点,以生物质资源代替化石资源、以生物基材料代替石化材料,为发展绿色经济、循环经济奠定了基础.植物油资源由于其广泛的可获得性、固有的生物可降解性、低成本及突出的环境效益受到广泛关注.其中,环氧化的植物油作为可再生原材料应用于生产热塑材料的增塑剂和稳定剂、生物润滑油、涂料、粘合剂、化妆品及各种聚合物材料 (聚酯、聚氨酯、聚酰胺等).目前,工业上生产环氧化植物油通常采用 Prilezhaev 过程,即在无机强酸如 H2SO4,HCl,HNO3等的催化作用下,过氧化氢与甲酸或乙酸作用原位生成过氧甲酸或过氧乙酸作为环氧化试剂用于环氧化反应.但就该反应过程而言,强酸的存在会带来一系列问题:(1) 强酸的存在容易引发一系列副反应,如环氧环开环生成二醇、二聚物等; (2) 产物分离问题,反应完毕后产物需经碱洗、水洗和减压蒸馏才能得到最后产品,工艺过程复杂且可能造成环境污染,不符合绿色化学理念; (3) 强酸存在引起的设备腐蚀问题.因而开发新型高效的催化技术降低生产成本,解决生产过程中的污染问题,实现植物油的绿色高效利用,是我们当前迫切要解决的问题.寻找安全无污染且具有高效催化性能的非均相催化剂也迫在眉睫.因此,各过渡金属如 MoIV,WVI,NbV和 TiIV复合物催化剂得到广泛研究.其中,钛硅分子筛 TS-1 由于其良好的稳定性及优异的环氧化催化性能受到关注,然而其狭窄的孔道尺寸使得它在大分子反应物参与的反应中受到显著的扩散限制,因而需合成含有介孔及大孔的多级孔 TS-1 用于植物油环氧化反应中.本课题组多年从事钛硅分子筛的制备及催化氧化研究工作.本文以聚季铵盐-6 作为介孔模板剂合成了多级孔TS-1(HTS-1),将其作为催化剂,油酸甲酯作为模型化合物,H2O2作为氧化剂,系统研究了反应条件 (H2O2与双键摩尔比、氧化剂浓度与用量、反应温度与时间) 对油酸甲酯环氧化反应的影响.采用响应曲面分析法 (RSM) 优化反应条件,获取环氧化油酸甲酯的最大收率,并对各因素对油酸甲酯环氧化影响的显著性及各因素之间的交互作用进行探究.结果发现,H2O2与双键摩尔比及催化剂用量对油酸甲酯环氧化的影响较大,在优化的反应条件下环氧化产物的收率可高达 94.9%.而HTS-1 表现出的优异催化性能主要归结于其良好的疏水性能和高活性且可供大分子接触反应的钛物种.     

Influence of process parameters on the epoxidation of 2-buten-1-ol over titanium silicalite TS-1 catalyst

The influence of process parameters on the epoxidation of 2-buten-1-ol with 30 % hydrogen peroxide using the titanium silicalite TS-1 is presented. The studies were carried out under autogenic pressure (in autoclave). Methanol was used as a solvent in this process. The influence of temperature, 2-buten-1-ol to hydrogen peroxide mole ratio, amount of solvent used, TS-1 catalyst content, and reaction time on the reaction was studied. The major product of this reaction, 2,3-epoxybutan-1-ol (EB), has numerous applications in chemical industry.     

磷酸对无机钛硅原料体系合成TS-1晶化速率的促进作用

考察了磷酸对无机钛硅原料体系合成TS-1晶化速率的影响．结果表明，磷酸的单独引入，可以将晶化时间由原来的120h左右缩短到90h左右．当晶种与磷酸共同作用时，晶化时间可以缩短到60h．同时磷酸的加入对TS-1的晶粒尺寸及晶型也有影响．在既不加入晶种也不加入无机酸时，TS-1晶体在9μm左右；加入晶种后约为6μm；加入无机酸后约18μm左右，且晶体两端呈尖形；当无机酸与晶种同时作用时约为13μm，晶型与单独加入磷酸的样品相同．另一方面，加入磷酸TS-1原粉的收率可以提高到85％左右．这表明磷酸的加入促进了TS-1晶体的生长，提高了晶化速率，缩短了晶化时间．