Propylene Epoxidation by Dioxygen over Catalyst Copper-loaded TiO2

A copper-TiO2 based catalyst(Cu-OH-Cl-TiO2) was prepared through a slurry impregnation approach and the catalyst was found to be active and selective for the epoxidation of propylene by dioxygen. With a feed gas of 10% C3H6, 10% O2 and 80% N2 at a gas hourly space velocity(GHSV) of 4000 h–1, a propylene conversion of 4.8% and a propylene oxide(PO) selectivity of 38.9% were achieved over the obtained Cu-OH-Cl-TiO2 catalyst at a reaction temperature of 500 K. It revealed that Cu2+ provided by crystalline Cu2(OH)3Cl plays a key role in catalytic conversion of propylene to PO.     

负载型纳米金催化剂用于丙烯气相环氧化反应的研究进展

丙烯气相选择氧化制备环氧丙烷是催化领域的难题之一,负载型纳米金催化剂因在氢气和氧气共存条件下对环氧丙烷具有高选择性而被广泛研究,并在丙烯转化率、反应稳定性、氢气有效利用率上都取得了长足的进步。本文综述了负载型纳米金催化剂用于丙烯气相环氧化反应的研究结果和发展趋势。重点阐述了催化剂制备方法、载体材料、金粒径、催化助剂等对丙烯气相环氧化反应的影响。最后,综合各催化剂的优缺点,分析并展望了具有高转化率与高选择性的纳米金催化剂的前景和发展方向。     

以一氧化二氮或氧气为氧化剂的丙烯环氧化催化反应

丙烯环氧化制环氧丙烷是催化领域的最关键的挑战之一. 本文对作者等近年来开展的以一氧化二氮为氧化剂的铁催化体系和以氧气为氧化剂的铜催化体系的研究进展进行了综述. 在这两类催化体系中,碱金属离子(特别是K )的修饰作用均是获得较高环氧丙烷选择性的关键. 碱金属离子通过调变催化剂中铁或铜物种的分散度、配位环境和酸碱性等,实现了对反应途径的调控,使反应朝着有利于环氧丙烷生成的方向进行. 活性金属组分(铁或铜)与氧化剂(一氧化二氮或氧气)间的特定的组合对丙烯环氧化反应的发生也起着重要作用. 推测在两类催化体系中,氧化剂均在具有特定结构和价态的铁或铜活性位上活化,产生导致丙烯环氧化反应发生的亲电性活性氧物种.     

无机钛硅原料体系合成TS-1催化丙烯环氧化反应

研究了无机钛硅原料体系合成的ＴＳ－１催化丙烯环氧化的反应,并与经典法、修正法制得样品的催化性能进行了比较。考察了搅拌、Ｎａ２ＣＯ３加入量、反应时间、反应温度、双氧水加量、催化剂量及溶剂等对丙烯环氧化反应的转化率、选择性等的影响,并初步探讨了无机钛硅原料合成的ＴＳ－１的再生性能。结果表明,对于丙烯环氧化反应,无机钛硅原料合成ＴＳ－１样品与经典法和修正法制取样品的催化性能相当;反应条件对丙烯环氧化反应     

丙烯在Au/TiO2催化剂上的化学吸附与临氢环氧化反应

环氧丙烷;丙烯环氧化;丙烯在Au/TiO2催化剂上的化学吸附与临氢环氧化反应     

不同沉淀剂制备的Ag／TS－1催化丙烯直接气相氧化合成环氧丙烷

 在423K、常压固定床石英反应器中，以丙烯直接气相氧化为探针反应，考察了催化剂制备方法、沉淀剂的种类和浓度对制备的Ag／TS－1催化剂催化性能的影响，采用TEM，XRD和UV－Vis等表征手段对Ag／TS－1催化剂进行了分析．结果表明，沉积－沉淀法是最佳的催化剂制备方法，但浸渍法也可制得具有环氧丙烷选择性的催化剂．K2CO3是一种良好的沉淀剂．以K2CO3为沉淀剂，硅钛比为64的TS－1为载体制备的Ag／TS－1催化剂上的丙烯转化率为1．72％，环氧丙烷选择性为98．2％．少量单质银的存在有利于环氧丙烷的生成，除银粒子的分散状态外，银粒子与载体TS－1间的相互作用对提高催化剂的选择性具有决定性作用．     

Study on Chemisorption, Catalytic Behavior, and Stability of Supported Au Catalyst for the Propylene Epoxidation Reaction

The supported Au/TiO2 and Au/TiO2-SiO2 catalysts were prepared by deposition precipitation method. The TPD study reveals that propylene oxide competes with propylene to be adsorbed on the same adsorptive center-Tin site on the surface of the catalyst and that the adsorbing capacity of the catalyst for propylene oxide is larger than that for propylene. Catalytic behavior for propylene epoxidation with H2 and O2 was tested in a micro-reactor. Under typical conditions, the selectivity for propylene oxide is over 87%. The TG curves show that PO successive oxidation cause carbon deposition on the active center and deactivation of the Au catalysts. Because the amounts of Tin site decrease significantly, and consequently the separation between Tin sites increases, the Au/TiO2-SiO2 catalyst is more stable than Au/TiO2.     

分子氧气相环氧化丙烯反应的Ag-Cu-Cl/BaCO3催化剂:Cu和Cl负载量的影响

环氧丙烷(PO)是一种重要的有机化工中间体,可以用来生产聚氨酯、丙二醇和表面活性剂等化工产品,具有很高的工业应用价值.然而,目前PO的生产工艺仍然存在着环境污染、副产物、原料经济性等不足之处.考虑到环保、技术、资金等关键性问题,丙烯气相环氧化工艺是PO生产工艺未来的发展方向,利用分子氧作为氧化剂的丙烯气相环氧化反应是最理想、原子经济性最高的反应,也是当今催化界最具挑战性的课题之一.研究报道Ag基催化剂和Cu基催化剂催化丙烯气相环氧化反应可得到较好的催化性能.尽管Ag催化剂催化乙烯氧化制环氧乙烷反应已成功实现工业化,但是Ag催化剂催化丙烯环氧化反应得到的PO选择性低于10%,这是由于丙烯比乙烯多出的甲基中的α-H受双键影响变得非常活泼,C?H键易断裂,导致丙烯容易发生完全氧化反应生成CO2.因此,研究报道采用不同助剂对Ag催化剂进行改性以提高Ag基催化剂的催化性能.我们在前期研究中制备了Ag-CuCl2/BaCO3催化剂,当CuCl2的负载量为0.036 wt%Cu和0.040 wt%Cl时,催化剂具有最优的催化性能,可以得到1.3%的丙烯转化率和71.2%的PO选择性.适量CuCl2的改性使得催化剂表面吸附分子氧物种,同时抑制原子氧物种的形成,从而提高PO选择性.但是CuCl2作为前驱体有一个不足之处,就是引入的Cu和Cl的比例是恒定的,不可调节.因此,我们以Cu(NO3)2和NH4Cl作为Cu和Cl的前驱体,采用还原-沉积-等体积浸渍法制备Ag-Cu-Cl/BaCO3催化剂,分别通过调节Cu和Cl的负载量来进一步提高Ag-Cu-Cl/BaCO3催化剂的催化性能,采用粉末X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和氧气程序升温脱附(O2-TPD)等表征手段来研究催化剂中Cu和Cl的作用.研究发现,Cl负载量的提高更容易导致大尺寸Ag颗粒的形成,而Cu负载量的提高对Ag颗粒尺寸影响不大.适当的Cl负载量可抑制氧气在催化剂表面解离吸附形成原子氧物种,从而抑制了丙烯的完全氧化,提高PO选择性.过高的Cl负载量会导致催化剂发生Cl中毒,从而降低了催化性能.适当的Cu负载量有利于丙烯气相环氧化反应生成PO,但当Cu负载量过高时容易导致Cu物种发生聚集,更多原子氧物种吸附于Ag颗粒表面,有利于丙烯完全氧化反应生成CO2,降低了PO选择性.适当的Cu和Cl负载量使得催化剂表面吸附的分子氧物种和原子氧物种达到平衡,有利于丙烯气相环氧化反应.当Cu和Cl负载量分别为0.036 wt%和0.060 wt%时,Ag-Cu-Cl/BaCO3催化剂具有最优的催化性能,在200℃,0.1 MPa,3000h-1反应条件下可得到1.2%的丙烯转化率和83.7%的PO选择性.     

Direct Epoxidation of Propylene over Stabilized Cu+ Surface Sites on Titanium‐Modified Cu2O

Direct propylene epoxidation by O₂ is a challenging reaction because of the strong tendency for complete combustion. Results from the current study demonstrate that by generating highly dispersed and stabilized Cu⁺ active sites in a TiCuO_x mixed oxide the epoxidation selectivity can be tuned. The TiCuO_x surface anchors the key surface intermediate, an oxametallacycle, leading to higher selectivity for epoxidation of propylene.     

改性Ag/α-Al_2O_3催化丙烯气相环氧化反应

制备了以分子氧为氧化剂,对丙烯气相环氧化具有较好催化性能的改性负载银催化剂,并利用氧气程序升温脱附(O2-TPD)技术研究了氧在其表面上的脱附行为.实验结果表明:Ag/α-Al2O3催化剂只能使丙烯完全氧化成二氧化碳和水;当该催化剂用K2O改性后,可获得少量的环氧丙烷;Y2O3改性的Ag/α-Al2O3催化剂,可获得极少量的丙醛和丙酮;将0.1%(w)Y2O3添加到Ag-K2O/α-Al2O3后,可以显著提高催化剂的丙烯环氧化性能.在0.1MPa、245℃、20%C3H6/8%O2/72%N2和气体空速2000h-1的反应条件下,通过20%(w)Ag-0.1%Y2O3-0.1%K2O/α-Al2O3催化剂时,丙烯转化率为4.0%,环氧丙烷的选择性为46.8%.O2-TPD研究表明,少量的Y2O3、K2O或Y2O3-K2O作为助剂添加到20%Ag/α-Al2O3催化剂中时,减少了高温区与丙烯完全氧化有关的吸附氧物种的量,低温区余下的吸附氧物种量不变,有利于丙烯环氧化反应,提高了环氧丙烷的选择性.     

Catalytic Performance of Amorphous Ti/SiO2 in the Gas-Phase Epoxidation of Propylene with H2O2

The epoxidation of propylene with dilute H₂O₂ aqueous solution over titanium silicalite-1 (TS-1) zeolite catalyst is a green chemical reaction for propylene oxide (PO) production. Carrying out the reaction in gas-phase can get rid of problems caused by using methanol solvent. This paper reports an attempt of using non-zeolite catalyst for the gas-phase epoxidation. Amorphous Ti/SiO₂, obtained by grafting amorphous SiO₂ with TCl₄ in ethanol solvent in a chemical liquid-phase deposition (CLD) process, has been used as the catalyst. Results show that the CLD Ti/SiO₂ with appropriate Si/Ti molar ratio is an active catalyst for gas-phase epoxidation, achieving 9.8 % propylene conversion and 66.9 % PO selectivity with 40.3 % H₂O₂ utilization, which indicates that this amorphous Ti/SiO₂ catalyst deserves extensive studies in the future.     

Ag-MoO3催化丙烯直接气相环氧化反应的原位红外研究

制备了对丙烯直接气相环氧化具有较好催化性能的Ag-MoO3催化剂, 采用原位FT-IR技术研究了丙烯、环氧丙烷及丙烯+氧气的混合气在Ag和Ag-MoO3催化剂表面上的吸附及反应行为. 研究表明, 丙烯在Ag和Ag-MoO3催化剂表面上吸附后, 均不发生化学反应, 而环氧丙烷吸附后在较高温度下则发生开环和聚合反应直至产生积炭. 与Ag催化剂相比, 在Ag-MoO3催化剂上, MoO3的加入在降低催化剂活性的同时, 在一定程度上抑制了产物环氧丙烷的开环及深度反应, 使环氧丙烷的选择性提高. 另外, 在较低的反应温度和较短的滞留时间下, 环氧丙烷发生深度反应的程度明显降低.     

Ti-Si复氧化物载体对金催化剂上丙烯环氧化的影响

 以TiCl4和SiCl4为原料,采用水解和非水水解溶胶-凝胶两种方法制备了一系列不同Ti含量的Ti-Si复氧化物载体,继而用沉积-沉淀法制得载金催化剂. 采用X射线衍射、紫外-可见漫反射光谱、 N2吸附和高分辨透射电镜对催化剂进行了表征,并考察了催化剂在氢气和氧气存在下的丙烯气相环氧化催化性能. 研究表明,钛含量在6%～14%范围内时,两种方法制得的Ti-Si复氧化物均为无定形结构,但采用非水水解溶胶-凝胶法制得的载体比表面积较高. 以非水水解溶胶-凝胶法制备的钛含量10%的Ti-Si复氧化物为载体得到的载金催化剂表现出较高的活性和选择性,反应60 min时,丙烯转化率为5.7%, 240 min后降为3.3%, 环氧丙烷的选择性稳定于95%左右. 还考察了非水水解溶胶-凝胶的陈化时间和金沉积-沉淀溶液的pH值等对反应结果的影响.     

Iron-catalyzed propylene epoxidation by nitrous oxide: studies on the effects of alkali metal salts

SBA-15-supported iron catalysts with and without alkali metal salt modifications were studied for propylene oxidation by nitrous oxide. The reaction route could be dramatically changed from allylic oxidation to epoxidation by modification of the FeOx/SBA-15 catalyst with alkali metal salts. The KCl-1 wt % FeOx/SBA-15 (K/Fe = 5) catalyst exhibited the best catalytic performances for propylene epoxidation, over which ca. 50% propylene oxide selectivity could be gained at a 10% propylene conversion at 648 K. Characterizations with diffuse reflectance UV-Vis, XANES, and Raman spectroscopic techniques revealed that the modification with KCl increased the dispersion of the iron species and changed the local coordination of iron into a tetrahedral configuration on the inner surface of SBA-15. This tetrahedrally coordinated iron site, which was probably stabilized by potassium ions, was proposed to account for the epoxidation of propylene by nitrous oxide. At the same time, the reactivity of lattice oxygen was inhibited, and the acidity of the FeOx/SBA-15 was eliminated. These changes should also contribute to the increase in the selectivity to propylene oxide. The counteranions in the alkali metal salts exerted a significant influence on the catalytic behaviors probably via an electronic effect.     

基于 H2/O2 等离子体和钛硅沸石的丙烯气相环氧化方法

 将 H₂/O₂ 非平衡等离子体现场产生的气态 H₂O₂和丙烯与耦合反应器中钛硅沸石 TS-1 直接接触, 实现了丙烯气相环氧化反应. 结果表明, 非平衡等离子体生成气态 H₂O₂ 的速率由介质阻挡放电的输入功率决定, 环氧丙烷的生成速率和选择性取决于钛硅沸石催化剂和反应条件. 在 H₂ 和 O₂ 进料流量分别为 170 和 8 ml/min, 介质阻挡放电输入功率为 3.5 W, 环氧化反应温度为 110 ^oC, 丙烯进料量为 18 ml/min, 催化剂用量为 0.8 g 的条件下, 生成环氧丙烷产率达 246.9 g/(kg•h)、环氧丙烷选择性和 H₂O₂ 有效利用率分别为 95.4% 和 36.1%, 反应 36 h 内未见催化剂失活.     

丙烯、氧气和环氧丙烷在Cu-NaCl/SiO2催化剂上吸附的红外光谱研究

 用红外光谱法研究了丙烯、丙烯/氧气混合气以及环氧丙烷(PO)在Cu-NaCl/SiO2催化剂上的吸附. 结果表明,丙烯在载体和催化剂上的吸附是完全可逆的. 丙烯和氧气在催化剂上共吸附后生成了丙烯醛,未观察到环氧丙烷(PO)生成. PO在载体和未还原催化剂上的吸附行为表明,PO与载体的硅羟基有强相互作用,PO发生开环反应生成开环物种. 而PO在还原态催化剂上的吸附行为较复杂,可能生成了酮类化合物.     

Manganese porphyrin-mediated aerobic epoxidation of propylene with isoprene: A new strategy for simultaneously preparing propylene epoxide and isoprene monoxide

The direct epoxidation of propylene by O₂ is a significant and challenging topic. The key factor for this homogeneous aerobic epoxidation is the activation of molecular oxygen under mild conditions. In this work, the aerobic epoxidation of propylene catalyzed by manganese porphyrins was achieved in the presence of isoprene. Isoprene contains an allyl methyl group, and the α-H can be easily removed to achieve the activation of molecular oxygen. The conversion of propylene was 38% and the selectivity toward propylene oxide (PO) was up to 87%. The role of isoprene was demonstrated, and a plausible mechanism was proposed. The protocol reported herein is expected to provide a strategy for the simultaneous preparation of propylene oxide and isoprene monoxide.     

钼催化剂结构对其催化气相丙烯环氧化反应选择性的影响

考察了Mo基催化剂上空气气相氧化丙烯反应。从无机的和有机金属Mo前驱体出发,采用浸渍法和物理气相沉积法(PVD)制备了不同类型的SiO2负载氧化钼和Mo-Bi复合氧化物催化剂。透射电镜结果证实,所制催化剂上环氧化反应活性与其纳米结构直接有关。催化剂中出现部分或完全结晶的氧化钼相,它们与载体SiO2的相互作用较弱,使得反应生成环氧丙烷的选择性低于10%,而锚合在SiO2上的非结晶的八配位Mo物种上的环氧丙烷选择性达55%以上,此时丙烯转化率约为11%。不同形貌氧化钼的电化学表征结果证实了结构缺陷的重要性。另外,还讨论了Bi对氧化钼催化环氧化活性的直接促进效应。     

丙烯直接环氧化Cu基催化剂的研究进展与挑战

作为一种重要的化工原料,环氧丙烷年产量近千万吨,然而目前工业上制备环氧丙烷的方法仍然面临着成本高、副产物多以及污染严重等问题。直接氧气氧化法进行丙烯环氧化因为具有原子经济、环保等优点受到了越来越多的关注。但是,催化过程中丙烯的α-H和环氧丙烷都具有很高的活性,使得在高转化率的条件下提升环氧丙烷选择性成为一个巨大的挑战。研究者们发现相较于其他币族金属,Cu基催化剂表现出更优异的丙烯直接环氧化反应性能。本综述总结梳理了近年来关于Cu基催化剂催化丙烯直接环氧化反应的研究成果,聚焦于Cu基催化剂改性方法,并对Cu基催化剂依然存在的问题和挑战进行深入探讨。     

丙烯和氧等离子体直接气相合成环氧丙烷

在室温和大气压下,在针板式反应器中,通过脉冲电晕放电等离子体对分子氧和丙烯直接合成环氧丙烷的活化作用,考察了放电电极间距、电晕放电脉冲电压以及电晕放电重复频率参数对丙烯转化率、环氧丙烷产率和其选择性的影响,反应物及各产物通过在线色谱法进行分析.实验结果表明,在室温和大气压下,用脉冲电晕等离子体法可转化丙烯和氧气直接生成环氧丙烷,适当调节上述各参数可提高环氧丙烷的收率.当反应气总流速为200mL/min,极间距为4mm,脉冲放电电压为18kV,放电频率为120Hz时,环氧丙烷的收率、丙烯的转化率及环氧丙烷的选择性分别为5.15%,19.15%和26.89%.