CO2与CH4催化反应合成气研究

CO_2与液化天然气(98%为C_3-C_4烃)催化重整制合成气,八十年代初期在当时的西德已建立了工业生装置.近年来,由于石油资源日趋短缺,促进世界各国重视探讨和研究天然气资源利用的新途径.除甲烷氧化偶联制乙烯,甲烷氧化制甲醇和甲醛等直接转化过程已引起广泛的重视外,研究和开发由甲烷制取合成气的新过程也正日益受到人们的关注,其中利用CO_2与甲烷催化重整制合成气,可将造成温室效应,破坏人类生存环境的CO_2气体转化为宝贵的化工原料,所制得的合成气中CO/H_2=1,特别适合做羰基合成和合成有机含氧化合物的原料,近年来对该反应的研究已引起人们的重视.其反应表示如下:     

关于Rh/VOCl_2/SiO_2催化剂上C_2-含氧化合物的生成诱导期

在合成气反应过程中影响C_2-含氧化合物生成诱导期的因素看来是复杂的.本文通过反应装置的管道系统对反应产物吸附的影响和反应过程中金属铑和钒促进剂相互作用状态变化的考察及对反应结果的联系分析发现,C_2-含氧化合物的生成诱导期和它的生成业率,与它在催化剂上的饱和吸附量有关.在反应中心上生成的Cl_2-含氧化合物可能经历一个向载体表面迁移-吸附-脱附的过程.C_2含氧化合物的表观生成速率在初始阶段随反应时间的延长和发面吸附C_2-含氧化物的增多而上升;当吸附的量达饱和吸附量时,C_2-含氧化合物的表观生成速率进入稳态.这似乎是Rh/V/SiO_2催化剂主导致生成诱导期的主要原因.     

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.     

制备方法和条件对Rh-Mn-Li-Ti/SiO2催化剂CO加氢制C2含氧化物性能的影响

制备方法和条件对Rh-Mn-Li-Ti/SiO2催化剂CO加氢制C2含氧化物性能的影响;Rh基催化剂;TiO2助剂;CO;加氢;合成气;C2含氧化合物     

CO_(2)加氢制甲酸理论研究及高效铁基催化剂设计北大核心CSCD

CO_(2)加氢制甲酸由于需同时活化惰性氢气及CO_(2)而富有挑战性,同时此过程原子经济性100%,具有很好的理论和现实研究价值,但文献中报道的活性较好的催化剂均为贵金属催化剂.为了开发活性更高的用于CO_(2)加氢制甲酸的铁基催化剂,我们采用理论计算方法研究了12种不同种类的PNP-Fe(PNP=2,6-(二-叔丁基-磷甲基)吡啶)化合物催化CO_(2)加氢制甲酸的过程.理论研究结果表明,CO_(2)加氢制甲酸反应过程包括H2活化及CO_(2)插入金属氢键两个步骤,H_(2)活化过程是整个反应的速控步骤.催化剂吡啶环上进行P原子取代可以显著降低H_(2)活化能垒.基于以上发现,我们设计了一种新颖的高效铁基催化剂,使用此催化剂催化CO_(2)加氢制甲酸反应,速控步骤能垒只有85.6 kJ/mol,催化活性与贵金属的比较接近.我们研究的12种铁基催化剂速控步骤能垒范围为85.6~126.4 kJ/mol,显示了配体良好的调控催化活性能力.     

La2O3助剂对Rh/SiO2催化CO加氢反应性能的影响

采用溶胶凝胶法制备了SiO_2和La_2O_3-SiO_2载体,再通过浸渍法分别引入Rh-La和Rh组分,研究考察了La引入方式对Rh/SiO_2催化CO加氢反应性能的影响。结果表明,La的添加有利于提高Rh的分散度,促进Rh+中心数的增加,有效地抑制产物中CO2的生成,提高含氧化合物选择性。此外,La的引入方式会影响La与Rh间的相互作用强弱,Rh和La共浸渍制得的2Rh-5La_2O_3/SiO_2催化剂中Rh-La相互作用较强,削弱的Rh-CO键有利于反应过程中CO的插入反应,使得产物以C_(2+)含氧化合物为主。而La以助剂形式掺入SiO_2制得的2Rh/5La_2O_3-SiO_2催化剂具有较弱的La-Rh相互作用,其产物则以甲醇、乙醇等低碳醇为主。     

固相萃取-气相色谱法测定甲醇制烯烃副产汽油及甲醇制汽油产物中的含氧化合物

采用纯硅胶柱固相萃取技术对甲醇制烯烃副产汽油或甲醇制汽油产物进行预处理,将产物中的含氧化合物与烃类进行色谱分离,采用质谱鉴定产物中的含氧化合物。使用标准溶液优化纯硅胶小柱的洗脱条件,比较预处理方法的回收率,考察预处理方法的重复性。结果表明,标准溶液的各含氧化合物组分回收率为87.7%~95.3%。采用气相色谱-火焰离子化检测器(GC-FID)通过内标法对实际样品中除甲醇和乙醇外的含氧化合物进行定量分析,使用丁酮、叔戊醇、戊酮和己酮的响应因子作为同碳数醛、酮、醇的FID响应因子,定量甲醇制烯烃副产汽油和甲醇制汽油产物中的含氧化合物。对于甲醇和乙醇,采用GC-MS分析提取特征离子用外标法定量。结果表明,甲醇制烯烃副产汽油和甲醇制汽油产物中的含氧化合物以酮类、醛类为主,并有少量的醇类。     

CO_2催化还原转化为高附加值化学品

CO_2是一种对大气环境有重要影响的温室气体,同时又是一种廉价的碳源.合成氨工业中用NH_3和CO_2反应生成尿素和碳酸氢铵是CO_2大规模利用的典范.近年来研究表明,在高效催化剂的作用下,CO_2可以作为原料参与精细化学品的合成,如CO_2与H_2(或有机硅)和胺反应可以生成N-甲酰胺和N,N-二甲基胺类化合物.同时,CO_2还可以作为原料参与大宗基础化学品的合成,如CO_2用H_2(或有机硅烷)还原可以生成甲(乙)酸,CO_2和H_2在不同反应条件下可以生成低碳烯烃或甲醇等高附加值的化学品,这为CO_2的转化和利用开辟了新途径.本文对近年来CO_2与H_2(或有机硅烷)和胺反应生成N-甲酰胺和N,N-二甲基胺类化合物、H_2(或有机硅烷)还原CO_2生成甲酸、CO_2和H_2生成低碳烯烃和甲醇的一些高效催化剂体系、催化反应工艺条件、催化反应机理等方面的研究进展进行了归纳、评述和展望,以期对开发CO_2催化转化为高附加值化学品的新工艺提供参考.     

由HRuCo_3(CO)_(12)制备的催化剂上CO加氢反应中含氧产物分布与表面酰基的关系

由HRuCo_3(CO)_(12)制备的催化剂在CO加氢反应中,若在初始阶段或温度较低的条件下,含氧产物大部分是甲醇;若增加反应时间或提高反应温度,C_2含氧化合物则是主要产物。原位红外光谱揭示了甲酰基和乙酰基分别是形成甲醇和C_2含氧化合物的中间体,而且乙酰基来自甲酰基与甲基的相互工作用。     

固溶体催化剂实现CO2高选择性加氢合成甲醇

正目前,人类使用大量化石资源,排放大量CO_2,因而导致一系列生态环境和社会问题,CO_2减排势在必行。CO_2减排可以通过存储等方式部分实现,但利用太阳能等可再生能源通过光催化、光电催化或电解水制氢进行CO_2加氢制甲醇等燃料及化学品是实现CO_2减排和碳资源可持续利用最佳策略~(1,2)。因此,发展高性能CO_2加氢制甲醇催化技术十分必要。传统用于合成气制甲醇的Cu     

ZrO2—SiO2负载Cu—Ni催化剂的CO2加氢反应性能

采用表面反应改性法,制备了ZrO2-SiO2（ZrSiO)表面复合物载体,用等体积浸渍法制备了ZrSiO担载的Cu-Ni双金属催化剂,借助BET、TPR、IR和微反等技术,研究了ZrSiO及其负载的Ni、Cu双金属催化剂的表面构造,化学吸附及催化CO2加氢的反应性能,结果表明,ZrSiO表面主要是价联型结构,ZrO2引入SiO2表面,可以有效地促进CuO和NiO的还原,在ZrSiO负载的Cu-Ni催化剂表面的Cu或Ni位,CO2发生化学 吸附形成线、剪式、卧式吸附态,在该催化剂上CO2的加氢反应产物主要是CH3OH3、CH4、CO和H2O生成CH3OH的选择性与催化剂组成及反应条件密切相关,在适当的条件,CH3OH的选择性大于90％。     

K_2O助剂对合成碳酸二甲酯用Cu-Ni/MoO_3-SiO_2催化剂吸附和反应性能的影响

用等体积浸渍法制备了MoO3 SiO2 (MoSiO)表面复合氧化物负载的Cu Ni K2 O催化剂。利用IR ,TPR ,TPD以及微反技术研究了K2 O助剂对CO2 和CH3OH在Cu Ni MoSiO催化剂表面上吸附和合成DMC(碳酸二甲酯 )反应性能的影响。结果表明 :K2 O助剂的加入 ,使CO2 在催化剂表面吸附强度增加 ,当K2 O含量达Cu Ni总量的 15 %时 ,CO2 在催化剂表面上吸附后生成K2 CO3;CH3OH在催化剂表面上的解离吸附态 (CH3O- H )的吸附强度减弱 ;CO2 和CH3OH在Cu Ni K2 O MoSiO催化剂表面反应主要产物为DMC ,H2 O ,CO和CH2 O。随着K2 O助剂的加入 ,反应转化率在 10 %之前增加 ,之后下降 ,DMC选择性稍有提高。副产物 (CO和CH2 O)的选择性下降。根据实验结果探讨了K2 O对催化剂表面活性中心的电荷分布的影响。     

负载型Sn2(OMe)2Cl2/SiO2催化剂的制备、表征与催化合成碳酸二甲酯

采用表面改性法制备了负载型Sn2(OMe)2Cl2/SiO2双核桥联配合物催化剂,用IR,TPD和微量反应技术研究了催化剂的表面结构、化学吸附性能和反应活性.结果表明,双核桥联配合物Sn2(OMe)2Cl2以O(Me)为桥,Cl为配体,并以Sn-O-Si形式键合到SiO2表面上;CO2与催化剂表面的金属离子Sn4+和桥基配体OMe的O2-形成桥式和甲氧碳酸酯基两种吸附态,CH3OH与催化剂表面的金属离子Sn4+仅形成一种分子吸附态;在413K以下,CO2和CH3OH在Sn2(OMe)2Cl2/SiO2催化剂表面上以近100%的选择性生成碳酸二甲酯;CO2在催化剂表面形成的甲氧碳酸酯基吸附态是生成DMC的关键物种,其与在同一活性中心的分子吸附态甲醇的反应决定了催化剂的活性和产物选择性.     

掺Cu对MoO3-TiO2/SiO2上光促甲烷和水表面反应的影响

 在固定床环隙反应器中,借助紫外光的激发,气相甲烷和水在MoO3-TiO2/SiO2催化剂表面生成了甲醇和氢气,当在催化剂中掺杂Cu2+后,光催化剂的活性明显提高. XRD,IR,UVDRS和TPD的研究结果表明,在催化剂表面形成了具有Mo-O-Ti和Mo-O-Cu基元的高度分散物种,不但使得吸光带边明显蓝移,而且扩展了催化剂的光响应范围. 所形成的复合结构还可以优化单组分的吸光性能并促进对反应物分子的吸附活化,同时可以有效地转移光生电子和空穴. 掺杂Cu2+能够进一步延长光生电子-空穴对的寿命,进而提高反应的量子产率.     

Ni(OCH3)2/SiO2催化剂的制备及其合成碳酸二甲酯的反应性能

采用表面改性和离子交换相结合的方法，制备了负载型单核金属甲氧基配合物Ni(OCH3)2/SiO2催化剂。利用IR、TPD、TPSR和微反技术，考察了催化剂的表面结构以及CO2、CH3OH在催化剂表面上的化学吸附和反应性能。结果表明，负载型单核金属甲氧基配合物Ni(OCH3)2/SiO2中，Ni^2 与载体SiO2表面的O^2-以双齿形式配位；在催化剂表面存在CO2的桥式吸附态和甲氧碳酸酯基物种两种吸附态，CH3OH则只有一种分子吸附态。在373-473K条件下，CO2和CH3OH在催化剂上的反应物主要是DMC、H2O以及少量的CO、CH4和CH2O，催化剂的活性由表面甲氧碳酸酯基物种与分子吸附态甲醇的反应决定的。讨论了催化剂上CO2和CH3OH的活化过程及吸附态的形成机理。     

K2O对合成DMC用Cu-Ni/V2O5-SiO2催化剂性能的影响

V2O5 SiO2(VSiO) supported Cu Ni K2O catalysts for the synthesis of dimethyl carbonate were prepared using isovolumic impregnation. Based on TPR,TPD, IR and micro reactor techniques, the effect of K2O on the adsorption and reaction of CO2 and CH3OH on the catalyst were characterized. The results show that addition of K2O exerts obvious influence on the charge distribution of the active sites on Cu Ni/VSiO catalyst,increases the intensities of CO2 horizontal adsorption state, while that of the dissociation state of methanol descends. When the ratio of K is above 15 ％, K2CO3 is formed on the catalyst. Moreover,the main reaction products of CO2 and CH3OH on Cu Ni K2O/VSiO catalyst are still DMC, H2O, CO and CH2O,and with the addition of K2O, the conversion of reactants rise, but the selectivity of by-products decreases.     

Ni2(OCH3)2/SiO2催化剂上CO2和CH3 OH的吸附和反应性能

采用表面改性和离子交换相结合的方法制备了Ni2(OCH3)2/SiO2负载型双核金属甲氧基配合物催化剂,利用红外光谱(IR)、程序升温脱附(TPD)、程序升温表面反应(TPSR)和微反技术考察了催化剂的表面结构以及CO2和CH3OH的化学吸附和反应性能.结果表明:Ni2(OCH3)2/SiO2中Ni2+与载体SiO2表面O2-以双齿配位形式键合,甲氧基以桥基形式联结双金属离子形成双核物种Ni2(OCH3)2;CO2在催化剂表面存在甲氧碳酸酯基物种和桥式两种吸附态,CH3OH则只有一种分子吸附态;在100～200℃条件下,CO2和CH3OH在催化剂上的反应产物主要是DMC和H2O;根据反应结果,讨论了催化反应机理.     

光促甲烷和水合成甲醇和氢催化剂的研究

用表面改性法制备TiO2/SiO2，以等体积浸渍法制备负载型复合半导体催化剂(MoO3,ZnO)-TiO2/SiO2，通过XRD、BET、TPR、IR、UV-Vis DRS和TPD等技术对材料的表面形态结构、吸光特性、化学吸附性能及光催化甲烷和水的反应性能进行了表征和分析。结果表明，MoO3-TiO2/SiO2和ZnO-TiO2/SiO2的表面物种均具有显著的量子尺寸效应，在表面分别形成Mo—O—Ti和Zn—O—Ti复合结构；MoO3和TiO2在载体表面的复合可提高对光能的利用率并可增强对甲烷的化学吸附性能， 结果使得MoO3-TiO2/SiO2的光催化反应性能明显优于ZnO-TiO2/SiO2；在固定床环隙反应器中，150℃MoO3-TiO2/SiO2光催化气相甲烷和水合成了目的产物甲醇和氢，甲醇的选择性达到87.3％。     

MoO3-TiO2/SiO2上光促表面催化甲烷和水合成甲醇和氢气

用分步等体积浸渍法制备了负载型复合半导体催化剂MoO3-TiO2/SiO2,通过XRD,BET,TPR,IR,UVDRS和TPD等手段对其进行了表征,结果表明,活性组分在载体表面高度分散,并具有量子尺寸效应,吸光阈值显著蓝移;TiO2在SiO2表面分散可增强MoO3与载体的相互作用,调变吸光性能,所形成的表面活性基元能够有效地吸附活化甲烷和水.在100℃下利用固定床环隙反应器借助紫外光的激发,通过“光-表面-热”协同作用,气相甲烷和水在MoO3-TiO2/SiO2表面生成了甲醇和氢,选择性达到85.6%.     

CO和NO在Rh2-V/SiO2催化剂上共吸附的红外光谱

应用CO和NO吸附态原位红外光谱方法研究了还原态Rh2／SiO2，Rh2－V／SiO2催化剂上的活性中心铑的状态和助剂钒的作用. Rh2催化剂用Rh2（CO）4Cl2化合物制备. 在还原Rh2／SiO2催化剂上，CO吸附出现四个红外吸收峰：2085，2028cm－1（孪生态吸附RhⅠ（CO）2），2060cm－1（线式吸附RhⅡCO），1867cm－1（桥式吸附RhⅢ2CO）．在还原Rh2－V／SiO2催化剂上，CO在RhⅡ和RhⅢ中心上的吸附峰大大减弱，可以解释为Rh°向钒离子转移电子生成了带正电荷的铑中心（Rhδ＋）；同时RhⅠ（CO）2键能增加，降低了孪生CO被NO置换的程度。