沸石分子筛材料在消除挥发性有机化合物反应中的吸附与催化性能

作为空气污染物的主要成分之一,挥发性有机化合物(VOCs)会极大地破坏生态环境并损害人体健康。在众多消除 VOCs的方法中,吸附法由于操作简单、成本低廉的优势而在工业上得以广泛应用。催化燃烧法则因去除效率高,适用范围广且无二次污染等优点被认为是 VOCs消除最有效的手段之一。
　　目前,活性炭是最常用的 VOCs吸附剂,但存在再生困难、抗湿性差、易燃等诸多问题。与活性炭等常规吸附剂相比,沸石分子筛作为 VOCs吸附剂其主要优势在于：(1)沸石分子筛的疏水性可调,通过调控分子筛骨架的硅铝比可以调节分子筛的亲疏水性,高硅铝比的沸石分子筛有着优异的疏水性能,从而可以有效降低在一定湿度条件下水对 VOCs分子的竞争吸附;(2)均一的孔径分布可以有效地进行分子识别,从而使吸附剂对VOCs的选择性吸附性大大提高;(3)沸石分子筛一般由硅铝构成,本身不可燃且水热稳定性好,因此能够与微波加热等其他手段相结合以降低吸附剂重生能耗,提高操作安全性;(4)沸石分子筛比表面积大,吸附容量高,是作为蜂窝转轮吸附技术中吸附剂的理想材料,而该技术是目前工业大规模消除VOCs的研究热点。因此,沸石分子筛由于其独特的性质,被视为一种简单高效、选择性好的VOCs吸附剂。现阶段,催化燃烧VOCs所使用的催化剂常用金属氧化物作为载体,但是金属氧化物比表面积相对较小且孔道结构不均一,因此严重影响了催化剂对VOCs的催化燃烧效率,限制了催化燃烧活性的提高。而与金属氧化物载体相比,沸石分子筛材料具有均一的孔道结构以及相对较大的比表面积等优点,而将具有较好吸附选择性和吸附容量的沸石分子筛作为载体,负载活性组分后可以实现催化剂催化燃烧性能的显著提高,从而成为VOCs催化燃烧的理想催化剂。
　　本文综述了目前沸石分子筛材料作为吸附剂和催化剂载体的负载型催化剂消除各类VOCs的研究进展。对于沸石分子筛作为VOCs吸附剂,我们小结了影响其吸附容量和吸附选择性的因素,发现分子筛的孔道大小和阳离子类型与VOCs的吸附情况密切相关。在此基础上,进一步简单介绍了分子筛蜂窝吸附转轮技术的研究现状。对于沸石分子筛作为催化剂载体,我们总结了其用于各类VOCs催化燃烧的研究情况,如烷烃类、芳烃类和醛类等。探究了催化性能的影响因素及相应的催化机理,发现分子筛的孔道结构、阳离子类型、硅铝比等都会显著影响沸石分子筛负载型催化剂的催化活性。最后,探讨了沸石分子筛应用于VOCs消除目前所存在的问题,同时展望了该领域未来的研究和发展方向。     

“沸石分子筛及催化”专刊前言（英文）

<正>Zeolites are crystalline microporous materials with regular channels and cages of molecular size.Due to their unique structures and acidic properties,they have been widely used in the petrochemical and chemical industries since the late 1950s.Zeolites have been used as catalysts,for instance,in fluid catalytic cracking and hydrocracking.Faujasites were the first molecular sieves applied for cata-     

羟基自由基在沸石分子筛合成中的作用（英文）

沸石分子筛由于具有独特的形选催化作用及可调的酸性,已成为化学工业中最重要的固体催化材料.沸石分子筛的合成主要基于碱性条件下的水热晶化, OH-被认为起到催化硅铝物种的解聚及聚合作用.近年来,研究者发现了羟基自由基加速分子筛的水热晶化机制.通过利用紫外光照射或芬顿反应等物理或化学方法向分子筛合成体系引入羟基自由基,可以实现沸石分子筛的加速晶化及高硅沸石分子筛的合成.理论计算结果表明,羟基自由基可以促进Si—O—Si键的断裂和重新生成,从而显著加快分子筛成核并促进硅原子进入骨架.本综述介绍了羟基自由基在沸石分子筛晶化方面的最新研究进展,探讨了羟基自由基的主要作用和优势,并对沸石分子筛合成的羟基自由基路线发展前景进行了展望.     

丝光沸石的酸性质调控及在二甲醚羰基化反应中的催化性能（英文）

二甲醚(DME)羰基化制乙酸甲酯(MA)及MA加氢制乙醇,是一条新兴的合成气间接法制乙醇工艺.其中,DME羰基化合成MA反应原子经济性高,反应条件温和.特别是以丝光沸石(MOR)为催化剂时,反应在较低温度(473 K)下MA选择性即可达到99%,这使得该工艺具有良好的竞争力和工业化前景.在已有的文献报道中,学者们将MA的高选择性归结于分子筛八元环(8-MR)结构的限域效应,红外和DFT计算表明八元环的Br?nsted酸位上可以专一性催化CO插入吸附态的甲基形成乙酰基中间体.为了建立八元环Br?nsted酸位点与活性的关系,研究者一般采用化学脱铝和离子交换等方法减少八元环Br?nsted酸位点,以观察反应活性降低的趋势.事实上,采用直接合成手段选择性地调控H-MOR的酸性,以此提高其羰基化活性的研究报道十分有限.因此,我们通过多种方法来调变MOR的骨架Al元素分布,包括改变水热合成中溶胶的组成、选择适宜的模板剂以及对样品进行酸处理等,获得了一系列酸量和酸分布不同的H-MOR分子筛.通过考察DME羰基化制MA的反应性能,进一步明确酸性调控对分子筛催化剂结构和性能的影响.首先通过XRD和N2物理吸附对所有样品的织构性质进行表征,结果发现各样品均为纯的MOR晶相,相对结晶度也较为相近.比表面积和孔分布计算结果显示,各样品的孔结构也大致相同.特殊地,以环己亚胺(HMI)为模板时得到的样品结晶度较低,比表面积和孔体积较小.这是因为HMI的碱性较弱,因此在水热合成过程中的结构导向力较弱,无法高效地促进分子筛成核.酸处理会造成分子筛骨架T原子少量脱除,导致结构轻微破坏,但总的来说影响不大.在排除了晶相与结构方面的差异后,我们基于不同环内酸性位点对不同尺寸碱性分子的可接近性存在差异这一特点,结合ICP-OES,27Al MAS NMR,NH_3-TPD和Py-FTIR等多种表征方法对MOR分子筛八元环和十二元环的Br?nsted酸位进行定量分析.通过计算骨架Al含量及Na M样品的对照,验证了NH_3-TPD的峰位归属,认定高温处的NH_3脱附峰能够准确反映H-MOR骨架中Br?nsted的酸总量.通过Py-FTIR获得了H-MOR样品中十二元环的Br?nsted酸量.由此发现通过不同方法得到的H-MOR催化剂上八元环内的Br?nsted酸比例存在较大差异(55.5%–72.7%),并且普遍高于商业H-MOR样品(54.5%),说明我们通过控制合成条件或者酸处理可以有效地调控骨架Al元素的分布,进而导致Br?nsted酸在不同环内的分布比例发生变化.尤其是当HMI作模板剂时,由于其分子尺寸较大,仅可以进入分子筛的十二元环,促使Al原子向八元环富集,因而在样品结晶度较低的情况下,八元环内的Br?nsted酸仍显著增加.反应测试结果表明,不同催化剂虽然均具有较高的选择性,但反应初始活性差别明显.将MA的生成速率与八元环的Br?nsted酸量相关联,发现二者呈线性正相关关系,由此验证了文献中八元环内Br?nsted酸位是DME羰基化制MA反应的活性位点这一学术观点,同时更加肯定了我们对分子筛酸性的调控是有效且成功的.我们的实验结果为分子筛的酸量和酸分布调控提供了有益信息,也为后期DME羰基化反应催化剂的优化和设计提供了参考.     

Ce-Beta分子筛的制备及其催化性能（英文）

采用简单、易重现的两步后合成法成功制备了Ce-Beta分子筛.制备过程中,H-Beta分子筛首先经过脱铝处理得到Si-Beta分子筛,然后再以异丙醇铈为前驱体,通过干法浸渍的途径向Si-Beta分子筛引入Ce(IV).利用XRD,FT-IR,UV-Vis和1H MAS NMR等对其结构进行了表征,结果表明,Ce(IV)物种以四配位的形式成功引入Beta分子筛的骨架,Ce原子进入分子筛骨架的机理通过DRIFT光谱得以证实.通过环氧化合物水合制备1,2-二醇反应对所制的Ce-Beta催化剂进行了催化性能评价.     

沸石分子筛吸附和催化降解亚硝胺

综述了近年来国内外在使用沸石和介孔分子筛吸附和催化分解以及检测亚硝胺方面的新进展.亚硝胺属于强致癌物,是吸烟导致癌症的重要原因.本文剖析了沸石对亚硝胺的选择性吸附以及大体积亚硝胺在小微孔沸石上的"嵌入式"吸附模式,探讨了沸石在气相和液相中吸附挥发性亚硝胺的规律和影响因素;研究了介孔分子筛材料对于催化降解烟草特有亚硝胺的高活性,阐述了修饰金属氧化物对于提高沸石吸附或催化分解亚硝胺能力的促进作用,并展望消除亚硝胺污染功能新材料的发展方向.     

酸性沸石分子筛催化Knoevenagel综合反应

在高硅／铝比的酸性沸石分子筛HY上实现了Knoevenagel缩合反应，Bronsted酸和Lewis酸均可催化Knoevenagel缩合反应。考察了羰基化合物和活泼亚甲基化合物的反应活性顺序。结果表明，羰基化合物的羰基极化程度越高，反应越容易进程,示同于碱催化时的Knoevenagel缩合反应，活泼亚甲基化合物的活泼氢的酸性并不是影响其反应活性的重要因素。     

酸性沸石分子筛催化Knoevenagel缩合反应

 在高硅／铝比的酸性沸石分子筛HY上实现了Knoevenagel缩合反应．Bronsted酸和Lewis酸均可催化Knoevenagel缩合反应．考察了羰基化合物和活泼亚甲基化合物的反应活性顺序．结果表明，羰基化合物的羰基极化程度越高，反应越容易进行；不同于碱催化时的Knoevenagel缩合反应，活泼亚甲基化合物的活泼氢的酸性并不是影响其反应活性的重要因素．     

β沸石在丙烯醚化反应中的催化性能

研究了β沸石在不同焙烧温度和加入粘合剂条件下对丙烯与异丙醇合成异丙醚的催化性能。并通过ＸＲＤ、ＸＰＳ、ＮＨ３－ＴＰＤ、ＦＴ－ＩＲ及化学吸附等手段表征了β沸石的物理化学性质。结果表明：焙烧对丙烯醚化反应存在一合适的温度范围；Ａｌ２Ｏ３粘合剂提高了丙烯转化率，降低了异丙醇脱水活性；粘合剂使沸石表面上Ｌ酸中心的比例增加；丙烯醚化反应与Ｌ酸中心存在较好的对应关系，而异丙醇脱水反应与Ｂ酸中心对应；高温焙烧β沸石使骨架铝向表面迁移，粘合剂Ａｌ２Ｏ３能抑制沸石的晶胞收缩。     

沸石在环己烯水合反应中的催化性能

用Ｈβ及不同方法制得的ＨＺＳＭ－５沸石作催化剂，对环己烯－水，环己烯－水－乙酸两种反应体系中的水合反应进行了研究。用ＧＣ－ＩＲ对产物进行了定性分析。用ＢＥＴ重量法测定了各种沸石对反应物的饱和吸附量。结果表明，在两种反应体系中，Ｈβ的催化活性显著地高于ＨＺＳＭ－５。ＧＣ－ＩＲ分析表明，在ＨＺＳＭ－５上，主要副产物是环己烯－［１］－酮－［３］和４－甲基环戊烯；在Ｈβ沸石上，主要副产物是２－环己烯基环己     

ZSM-5沸石分子筛的吸附性能

对ZSM-5沸石分子筛的吸附性能进行了研究。测定了环己烷、正己烷、苯和水分子在ZSM-5沸石上的吸附等温线;发现室温下环己烷分子的吸附受到阳离子的空间障碍作用。计算了ZSM-5佛石单胞中的吸附分子数、等量吸附热、微分吸附功和微分吸附熵等值。吸附热曲线表明ZSM-5沸石分子筛的表面是不均匀的。     

HPW改性Hβ分子筛催化甲苯和叔丁醇烷基化反应的性能（英文）

PTBT是一种十分重要的有机材料,但传统制备工艺存在能耗较高,工艺复杂,环境污染严重等诸多问题.为解决上述问题,人们提出甲苯和叔丁醇直接一步合成PTBT来代替传统的合成工艺.甲苯和叔丁醇原料来源丰富,用酸性分子筛等催化剂催化甲苯和叔丁醇烷基化反应合成PTBT不但能节约成本,简化分离和提纯工艺,还能防止环境污染和设备腐蚀.但催化剂的活性低、稳定性差制约了该反应的工业化进程.甲苯和叔丁醇侧链烷基化反应历程复杂,需要催化剂的酸性和孔道结构的协同作用,因此设计催化活性高、选择性好、稳定性强的催化剂是一项十分具有挑战的研究课题.我们采用浸渍法成功制备了H_3PW_(12)O_(40)改性Hβ分子筛催化剂(HPW/Hβ),并采用XRD,SEM,TEM,ICP,FT-IR,BET,NH3-TPD和Py-IR等手段对分子筛催化剂样品进行了表征,并以甲苯和叔丁醇烷基化反应为探针反应,研究了HPW/Hβ分子筛催化剂的催化性能.由SEM分析可知,HPW/Hβ分子筛催化剂的形貌与Hβ并无明显差异,形状规整,粒度均匀,晶体形貌较好,表明HPW的引入对Hβ颗粒结构无明显影响.由XRD分析可知,与未改性Hβ分子筛相比,HPW/Hβ样品的出峰位置和峰形基本保持一致,表明HPW在Hβ表面呈均匀分散状态,但负载HPW后Hβ结晶度略有下降.由TEM分析可知,负载HPW后的Hβ分子筛依然保持规整的三维立方孔道结构,且孔径均一,表明负载HPW后的Hβ分子筛的骨架结构没有被破坏,黑色阴影部分或者斑点即为夹心型杂多酸阴离子在分子筛Hβ上的固载位.由FT-IR分析可知,HPW和Hβ之间存在键合作用,部分HPW已成功分散到Hβ骨架表面上.由BET分析可知,和Hβ原粉相比较,HPW/Hβ的比表面积、孔容、孔径均有所下降,BET比表面积从492.5下降到379.6 m~2/g,而孔径从3.90下降至3.17 nm.这是因为HPW对分子筛孔道具有修饰作用,使分子筛的孔径有所降低.由NH3-TPD和Py-IR酸性表征可知,负载HPW能有效增加Hβ沸石分子筛的酸量,尤其是B酸量.未改性Hβ的B酸含量为84.23μmol/g,而HPW/Hβ的B酸含量为142.97μmol/g,增加了69.74%.由酸性表征可知,Hβ的总酸量小,B酸含量低,因而催化活性弱,甲苯转化率仅为54.0%.另外,Hβ分子筛的12元环直通道的孔道开口尺寸为0.66 nm×0.67 nm,PTBT(动力学直径0.58 nm)和MTBT(动力学直径0.65 nm)都能够从其孔道中扩散出来,因而分子筛孔道的择形作用对产物的选择性作用较小,PTBT的选择性(69.6%)较低.负载HPW能有效增加Hβ分子筛的总酸量,尤其是B酸量,而B酸量增加,有利于反应中正碳离子生成,因而增加催化活性.另外,HPW改性还能提高PTBT的选择性,这是因为HPW对分子筛孔道具有修饰作用,使分子筛的孔径有所降低.而适量减小的孔径使得分子筛的择形作用大大增加,体积较小的PTBT能从孔道中扩散出来,而体积较大的MTBT,由于空间位阻的作用,很难从其中扩散出来,从而增加了对位选择性.通过对HPW/Hβ催化甲苯和叔丁醇烷基化反应工艺条件进行考察,确定了适宜的反应条件:环己烷60 m L,催化剂1.0g,n(叔丁醇)/n(甲苯)=3/1,反应温度180°C,反应时间4 h.此条件下甲苯转化率为73.1%,PTBT的选择性为80.8%.     

酸催化及竞争吸附对CeY分子筛吸附脱硫性能的影响（英文）

采用液相离子交换(LPIE)法制备了CeY分子筛,并研究烯烃和芳烃对其吸附脱硫性能的影响.利用固定床穿透曲线技术研究吸附剂的脱硫性能,结果表明:烯烃和芳烃的存在均导致吸附剂吸附硫容量减少,然而,烯烃的影响明显强于芳烃.采用原位傅里叶变换红外(FTIR)光谱技术研究噻吩、环己烯和苯的吸附行为,结果发现:烯烃和芳烃降低吸附剂脱硫性能的实质分别为吸附剂表面酸性导致的酸催化反应和π-络合吸附的芳烃分子与硫化物分子的竞争吸附.另外,烯烃的影响取决于吸附剂的表面酸性,尤其是强B酸(Br?nsted酸)中心.这是由于B酸中心会导致烯烃和噻吩发生质子化反应,且质子化物种易于进一步发生低聚反应.生成的低聚物覆盖吸附活性中心导致吸附剂对其它噻吩分子的吸附能力降低.     

不同沸石分子筛对乙基叔丁基醚合成反应的催化性能

 研究了液相、加压条件下，不同沸石分子筛对低温合成乙基叔丁基醚（ETBE）的催化性能．发现Hβ沸石的催化活性与A－35树脂催化剂的相当，远远高于其他沸石分子筛催化剂．醇／烯比对Hβ分子筛催化剂及A－35催化剂上ETBE的合成影响比较大．但是Hβ沸石分子筛上ETB E的选择性基本不受醇／烯比的影响，而醇／烯比对树脂催化剂上ETBE的选择性影响相对较大．加入粘合剂后，Hβ沸石分子筛催化剂的活性有所下降，但是加入致孔剂后，其活性有所提高．加入5％聚乙二醇4000后，在温度高于65℃时，Hβ沸石的催化活性已经与A－35的相当，在某些温度下，甚至高于A－35树脂催化剂的活性．     

介孔量对梯级孔丝光沸石催化二甲醚羰基化反应性能的影响（英文）

本研究通过调整聚乙二醇(PEG 1450)的添加量制备了介孔量不同的梯级孔丝光沸石,并分别对其结构和二甲醚羰基化反应性能进行了表征和评价。结果表明,通过提高PEG 1450加入量的方式可以提高丝光沸石的介孔量,但PEG 1450的添加量过高时不利于介孔的形成。当引入的介孔量适宜时丝光沸石能够保持原有的结构,强酸中心数量增多、弱酸和中强酸数量降低,二甲醚的传质效率和二甲醚羰化反应催化性能明显提高。受传质过程和酸分布的影响,梯级孔丝光沸石催化剂上二甲醚羰化反应活性明显改善,二甲醚转化率升高、单程寿命延长,重积炭的形成明显受到抑制。PEG1450的最优添加量为丝光沸石合成时凝胶质量的2%。     

沸石分子筛选择吸附焦化苯中的噻吩

对Ｘ、Ｙ、Ｍ、ＺＳＭ－ ５、Ｓｉｌｉｃａｌｉｔｅ－Ⅰ沸石分子筛选择吸附焦化苯中噻吩的性能进行了考察,结果表明：ＺＳＭ－ ５ 和Ｓｉｌｉｃａｌｉｔｅ－Ⅰ分子筛具有明显的选择吸附性能。通过对ＺＳＭ－ ５ 分子筛进行Ｃｕ２ ＋ 离子交换及表面硅烷化处理改性,能在一定程度上提高选择吸附性能,并认为沸石分子筛选择吸附性能与表面羟基（ＳｉＯＨ、ＳｉＯＨＡｌ） 的酸性及沸石孔道特征有密切的关系。     

纳米ZSM-22分子筛的水热合成及在甲醇转化反应中的性能（英文）

分子筛结构的独特性和多样性使其在催化、吸附分离和离子交换等领域有着广泛应用.近年来,纳米分子筛制备和应用受到极大关注.与传统微米分子筛相比,纳米分子筛具有较小的晶粒尺寸、较大的外表面积和较高的表面活性,能显著提高其分离和催化性能.制备纳米晶体的常用方法有过量模板法、空间限定法、晶种法、离子热合成法及微反应器合成法等.目前,已合成出多种拓扑结构的纳米分子筛,包括FAU,MFI,MEL和CHA等.ZSM-22是一种具有TON拓扑结构的一维十元环直孔道分子筛(孔口尺寸为0.45nm×0.55nm),在长链烷烃异构化和烯烃异构化等反应中表现出优异的催化活性.水热合成法是制备ZSM-22分子筛最常用的方法,所得样品晶粒尺寸为2–15μm,但由于ZSM-22分子筛是一种亚稳态结构,为了防止杂晶生成,合成通常是在剧烈搅拌(通常大于400r/min)下进行.目前已有报道在较低转速下合成ZSM-22分子筛,但产物仍为微米晶体;或在微波辅助水热合成条件下合成亚微米ZSM-22分子筛,但晶体尺寸不可调且合成过程需要较高功率的微波反应器.因此,在水热条件下合成纯纳米ZSM-22分子筛仍然是一个巨大挑战.本文在上述研究基础上采用改进的水热合成法成功合成出纳米ZSM-22分子筛,考察了转速﹑硅铝比及乙醇共溶剂对晶粒尺寸的影响,比较了纳米和常规微米ZSM-22分子筛的甲醇转化反应性能.结果表明,采用改进的水热合成法能够在较低转速下合成出纳米ZSM-22分子筛,晶体尺寸在150–800nm范围可调.通过考察转速对晶粒尺寸的影响,发现静态合成条件下无法形成ZSM-22分子筛,表明ZSM-22分子筛合成需要一定的转速.转速在10–50r/min变化时,可以合成出不同晶体尺寸的ZSM-22分子筛,且随转速提高,ZSM-22分子筛晶体尺寸先减小后增大,表明纳米ZSM-22分子筛合成存在最佳转速.另外,配料硅铝比能显著影响ZSM-22分子筛晶体尺寸,随配料硅铝比增加,ZSM-22分子筛晶体尺寸先减小后增大.通过在合成体系中添加乙醇作为共溶剂,考察了有机溶剂对ZSM-22分子筛晶粒尺寸的影响,发现有机溶剂能显著增大ZSM-22的晶体尺寸.将本文合成的纳米和常规微米ZSM-22分子筛用于甲醇转化反应,考察了晶体尺寸对ZSM-22分子筛甲醇转化反应性能的影响.发现与常规微米ZSM-22分子筛相比,纳米ZSM-22分子筛催化剂寿命显著提高,说明晶粒尺寸减小能有效减缓积碳导致的分子筛失活;同时,反应产物中乙烯和芳烃选择性有所提高,这是由于外表面积增大所致.此外,还考察了不同硅铝比ZSM-22分子筛的甲醇转化反应性能.结果表明,分子筛硅铝比会影响催化剂寿命,但晶体尺寸对催化剂寿命影响更大.ZSM-22分子筛硅铝比增大有助于提高低碳烯烃选择性,减少芳烃生成.     

多孔炭材料在纤维素催化转化中的应用（英文）

生物质作为自然界唯一可再生的有机碳资源,其利用受到了越来越多的关注.特别是随着能源和环境危机的日益加重,将生物质中非可食用部分催化转化为燃料及具有高附加值的化学品被认为是高效、环保、原子经济的绿色过程.同时,多孔炭材料具有丰富的孔道结构、优异的水热稳定性和大比表面积,是生物质催化转化反应中最常用的载体材料之一.兼之炭材料表面极性、亲疏水性的可调变性,及对酸碱溶剂的反应惰性,也使其无论在学术研究还是在工业应用中都具有特殊的优势.另外,随着纳米炭材料科学的飞速发展,合成孔径、形貌、及表面官能团可控的介孔炭和具有多级孔道结构的多孔炭材料成为可能,将其应用到纤维素催化转化过程中,对深入理解孔道结构、表面官能团对纤维素转化的作用,揭示催化反应作用机制,指导炭基催化剂的设计合成,均具有重要意义.在本综述中,我们首先对纤维素转化中多孔炭的孔道结构和表面官能团性质的独特作用进行了阐述.由于商业活性炭的孔径一般在微孔尺度,但纤维素及可溶低聚糖的分子体积较大,因而其在活性炭中的传质受到了极大的限制.通过模板法获得的介孔炭材料,可实现孔径在2–10 nm的可控合成,大大提高了反应物的扩散速率,使之能与催化活性位有效接触.但孔道过于狭长,在反应过程中堵塞的可能性增高,进而导致催化剂失活;因此,在介孔孔道的基础上,建立互通的多级孔道结构对反应物、中间物、和产物的扩散,及催化活性的保持更为有利.另一方面,炭材料表面的含氧官能团不仅具有加强1,4-糖苷键吸附的作用,还可以作为酸性活性中心催化水解反应的进行;尤其是在传统的水相纤维素催化转化过程中,亲水表面对多孔炭催化剂与反应物的接触非常有利.本文以纤维素水解及纤维素水解加氢反应为例,展开讨论了多孔炭作为固体酸及双功能催化剂载体的应用.在水解反应中,纤维素首先在热水中降解为可溶低聚糖,之后再与活性炭表面官能团反应;其中多孔炭的比表面积、酸量、及酸强度均是促进水解发生的正向因素.在水解加氢反应中,炭载贵金属催化剂作为最常用的加氢催化剂,可获得以六元醇为主的纤维素转化产物.除了加氢作用之外,贵金属小颗粒被证实可以通过氢溢流作用提供水解所需的H+,同时,正价的贵金属也可促进反应过程中的氢转移.另一方面,由于钨物种可催化逆羟醛缩合反应的发生,因此在反应体系中引入钨物种时,水解加氢的主要产物由六元醇变为乙二醇.需要特别指出的是,在纤维素催化水解加氢的过程中,多孔炭材料作为载体同样具有非常重要的作用:一方面,三维介孔的孔道结构不仅有利于反应物、产物的扩散,也有利于加氢金属催化剂的分散,进而提高金属的催化加氢能力;另一方面,当炭材料的表面化学性质改变时,也会影响产物的选择性分布,例如当炭表面显碱性时,由于异构化作用,丙二醇成为主要产物.本文最后,我们列举了一些新型多孔炭材料,包括杂原子改性的多孔炭材料和金属氧化物-炭复合多孔材料的合成方法及其在纤维素催化转化乃至生物质转化中的潜在应用.     

双氧水对于单核铜分子筛催化甲烷直接氧化制甲醇反应性能的利弊（英文）

直接催化甲烷(CH₄)氧化转化制备甲醇(DMTM)是具有较高绿色化学原子经济性的反应过程,且可在常温下进行,是潜在的实现CH₄转化升级的重要过程.作为“圣杯反应”, DMTM性能通常显著受氧化剂影响,使用氧气(O₂)作为氧化剂一步实现DMTM仍然极具挑战性.至今,双氧水(H₂O₂)仍是被报道最多的具有较高CH₄转化速率和甲醇(CH₃OH)选择性的绿色氧化剂.为了深入理解氧化剂如何影响DMTM反应性能,本文基于密度泛函理论计算和微观动力学分析研究了在Cu-ZSM-5, Cu-MOR和Cu-SSZ-13三种具有不同微孔尺寸的单核铜分子筛上DMTM反应机理,以确定H₂O₂作为氧化剂在DMTM反应中的优势和局限性.通过理论计算对比在反应条件下O2和H₂O₂的O–O键活化以及CH₄的C–H键活化过程,发现在单核Cu分子筛中, H     

SiO_2-Al_2O_3玻纤载体负载CuO-CeO_2对挥发性有机化合物催化燃烧性能研究（英文）

采用等体积共浸渍法制备了CuO-CeO_2整体式催化剂,评价了催化剂对乙酸乙酯、异丙醇及甲苯的催化燃烧性能。采用N2吸附-脱附、X射线衍射(XRD)、氢气程序升温还原(H_2-TPR)、氨气程序升温脱附(NH_3-TPD)以及挥发性有机化合物脱附等手段对催化剂进行了表征。表征数据显示,氧化铜以高分散态均匀分散存在于载体表面,氧化铈则是小的纳米颗粒,氧化铈颗粒粒径随着Cu/Ce物质的量比的减小而增大。添加铈氧化物会显著增加总酸量,特别是路易斯酸酸位的量,同时增强了乙酸乙酯和异丙醇的吸附量,吸附量的增加提高了催化剂对乙酸乙酯和异丙醇的催化燃烧性能。从甲苯的催化燃烧实验可以看出,大量添加CeO_2稍微增加了甲苯的吸附容量,减弱了催化剂的还原性、降低了活性氧的含量,最终导致甲苯的低转化率。催化行为由氧化铜、氧化铈以及载体三者之间的共同作用决定,这三者的协同作用不仅影响着表面氧的活性同时影响着催化剂对甲苯的吸附能力。