双酸位SO_4~(2-)/ZrO_2-SiO_2固载离子液体催化剂的构筑及性能

采用一步共缩合-水热法合成酸性载体SO_4~(2-)/ZrO_2-SiO_2,化学法接枝酸性离子液体磺酸功能化咪唑硫酸氢盐([Ps-im]HSO4),构筑拥有Br觟nsted与Lewis双酸位的离子液体固载型催化剂SO_4~(2-)/ZrO_2-SiO_2-IL。采用X射线衍射、傅里叶红外、N2吸附-脱附、X射线光电子能谱、热重以及透射电镜对催化剂的结构进行表征,结果表明:锆原子和酸性结构SO42-被成功引入纯硅材料,所合成的载体具有一定酸性;离子液体成功固载于酸性介孔材料SO_4~(2-)/ZrO_2-SiO_2,且固载后的催化剂保持其介孔结构。以大豆油和甲醇的酯交换反应为探针,考察了SO_4~(2-)/ZrO_2-SiO_2-IL催化剂的催化性能。在反应温度为150℃、反应时间为4 h、催化剂量5%(w/w)、醇油物质的量之比为24∶1的反应条件下,生物柴油的收率超过92%,且回收利用5次后,生物柴油的收率仍达86%。     

水杨酸甲酯的合成新工艺

利用水杨酸和无水甲醇作为反应物,固体超强酸ZrO_2/SO_4~(2-)为催化剂,催化合成水杨酸甲酯.通过考察催化剂用量、反应物的物质的量之比、反应时间等因素对合成水杨酸甲酯产率的影响,最终确定使用固体超强酸ZrO_2/SO_4~(2-)合成水杨酸甲酯的最适宜条件为:当水杨酸的量为0.05 mol,无水甲醇为0.2 mol,催化剂固体超强酸ZrO_2/SO_4~(2-)用量为1 g,反应时间为2.0 h,带水剂环己烷用量为12 mL,水杨酸甲酯的酯化率可达到86.35%.在此条件下,催化剂的催化活性高、反应条件温和、方法简便、收率好且污染小,可重复使用,符合节能环保的理念.     

S~2O~8^2^-处理的ZrO~2固体超强酸上的正丁烷异构化反应

首次报道了由浸渍过硫酸根的方式制备固体超强酸.讨论了焙烧温度、浸渍浓度以及ZrO_2前驱体沉淀条件对样品性质的影响,并研究了它们对正丁烷异构化反应性能.实验结果表明,600～650℃焙烧、0.25～0.50mol/LS_2O_8~(2-)浸渍反加沉淀的ZrO_2具有最高超强酸性.与相同条件下制备的SO_4~(2-)/ZrO_2相比,S_2O_8~(2-)/ZrO_2上正丁烷250℃异构化活性是SO_4~(2-)/ZrO_2的2倍,可能是由于它具有较多的中强酸位并具有与SO_4~(2-)/ZrO_2不同的活性位结构.     

SO_4~(2-)功能化处理对Fe_2O_3催化剂上氨选择性催化还原NO_x性能的促进机理研究

采用沉淀法制备了Fe(OH)_3和Fe_2O_3。通过硫酸化处理得到SO_4~(2-)/Fe(OH)_3和SO_4~(2-)/Fe_2O_3两种催化剂,并将其应用于氨选择性催化还原NO_x(NH_3-SCR)反应,研究了SO_4~(2-)功能化处理对Fe_2O_3催化剂上NH_3-SCR脱硝性能的促进机理。结果表明,与纯的Fe_2O_3相比,硫酸化处理得到的催化剂上SCR活性得到显著提升;其中,SO_4~(2-)/Fe(OH)_3表现出更加优异的催化性能,在250-450℃时NO_x转化率高于80%,且具有优异的稳定性和抗H_2O+SO_2性能。XRD、Raman、TG、FT-IR、H_2-TPR、NH_3-TPD和in situ DRIFTS等表征结果显示,硫酸功能化处理能抑制Fe_2O_3的晶粒生长,同时SO_4~(2-)与Fe~(3+)结合形成硫酸盐复合物,提高了催化剂表面酸性位点的数量和酸强度,抑制了Fe_2O_3上的氨氧化反应,从而提高了其脱硝催化性能。     

纳米SO42-/ZrO2的合成及其在酯交换反应中的催化性能

采用两步晶化-后浸渍法合成了纳米SO_4~(2-)/ZrO_2固体酸催化剂,并考察了其在植物油与甲醇酯交换反应中的催化性能。XRD、N2吸附-脱附和TEM等结果表明,经过600℃焙烧,催化剂仍保持单一四方相,粒径大小为5~10 nm,比表面积为137 m2·g~(-1),孔径为3.6 nm。NH3-TPD结果表明,随着焙烧温度升高,催化剂表面的酸含量和酸强度逐渐增加,超强酸含量的增加,更有利于反应在温和条件下进行。在酯交换反应中,当醇油物质的量之比为20∶1,反应温度为135℃,反应时间为6 h,600℃焙烧后催化剂用量为5%(w/w)时,植物油能够完全转化为脂肪酸甲酯。与传统的SO42-/Zr O2催化剂相比,该催化剂在低温反应条件下具有更高的催化性能和良好的重复使用性。     

新型碳基固体酸SO_4~(2-)/Nd_2O_3/C制备及催化油酸与甲醇酯化反应合成生物柴油研究

在流化床管式炉中,通过对废山茶油壳进行高温炭化处理制备了一种碳基材料。以该碳基材料为载体,并对其进行稀土金属离子钕和硫酸磺化改性,合成了一种新型碳基固体酸催化剂SO_4~(2-)/Nd_2O_3/C。对制备而成的催化剂进行了多种物理化学表征分析,并以其为经甲醇和油酸酯化反应来合成生物柴油的催化剂,对其催化活性和稳定性进行了研究。结果表明,当甲醇和油酸物质的量比为2∶1,催化剂与反应物质量比为2%,反应时间为120 min,反应温度为90℃,油酸的转化率为96.70%。催化剂经循环使用三次后,油酸的转化率仍高达86.74%。高催化活性可归因如下:由于Nd、O、S元素的电负性分别为1.14、3.44和2.58,因而Nd易向O和S元素的2p空轨道提供孤对电子,使Nd~(3+)与SO_4~(2-)之间形成稳定的配位键。并且,由于S=O键具有强吸电子作用,而导致了与SO_4~(2-)配位的Nd~(3+)所产生的静电场增大,当有水(强配体)存在时,可使SO_4~(2-)/Nd_2O_3/C催化剂呈现出强Brnsted酸性。     

固体超强酸SO_4~(2-)/TiO_2对酯化反应的催化作用

1979年Hino等首先合成了SO_4~(2-)/TiO_2,SO_4~(2-)/ZrO_2等新型固体超强酸,它们有特殊的催化性能,且具有不怕水,可在高温下使用、制备方便、减少三废等优点,因此有广泛的应用前景,引起国内外催化工作者的兴趣和重视. 我们仿照Hino法合成了SO_4~(2-)/TiO_2体超强酸催化剂,测定了酸强度和比表面.本研究着眼点是取代有严重腐蚀作用的浓H_2SO_4催化剂,选用两类酯化反应考察了SO_4~(2-)/TiO_2的催     

用晶型超细粒子ZrO2制备SO4^2^—／ZrO2超强酸催化剂的研究

用超临界流体干燥法制备了超细粒子晶型ZrO_2,并用稀H_2SO_4溶液对其进行处理,制得了对甲醇转化反应具有高活性的SO_4~(2-)/ZrO_2超强酸催化剂.首次发现,晶型金属氧化物ZrO_2,当它是超细粒子(粒径<0.1μm)时,同样可以用H_2SO_4溶液浸渍的方法制得SO_4~(2-)/ZrO_2固体超强酸.这一事实同时还说明,超细粒子与非超细粒子不仅在某些物理性质上有较大区别,而且在化学性质上也有差别.     

MnO_x和Fe_2O_3的酸化及组合用于NH_3-SCR脱硝反应的研究

本文采用沉淀法合成了MnO_x和Fe_2O_3金属氧化物,进而经通过硫酸酸化处理,制备了SO_4~(2-)/MnO_x和SO_4~(2-)/Fe_2O_3两种催化剂,并考察了其NH_3选择性催化还原(NH_3-SCR)氮氧化物的性能.研究发现,经硫酸酸化后,SO_4~(2-)/MnO_x和SO_4~(2-)/Fe_2O_3的脱硝活性得到了显著提升.通过一系列表征证实,SO_4~(2-)可以和Fe_2O_3形成固体超强酸,从而显著提高Fe_2O_3的酸性,有利于吸附和稳定碱性还原剂NH_3;同时,MnO_x经酸化后,氧化性受到一定程度的抑制,有利于减少高温下氨氧化副反应的发生,从而改善MnO_x和Fe_2O_3的脱硝效果.本文还对改性后的SO_4~(2-)/MnO_x和SO_4~(2-)/Fe_2O_3进行组合,形成3种组合催化剂,发现组合催化可产生良好的协同效应,发挥了各自在低温和高温的脱硝优势,拓宽了高活性温度窗口(200～450℃;NO转化率90%),同时降低了副产物的生成,提高N_2的选择性.此外,将适宜于高温脱硝的SO_4~(2-)/Fe_2O_3放在前半段,而将适宜于低温脱硝的SO_4~(2-)/MnO_x放在后半段的组合方式,可获得最佳的脱硝效果,得到较高的N_2产率(80%,100～450℃),既有效地优化了Mn基催化剂的N_2选择性,又拓宽了Fe基催化剂的活性温窗.     

固体酸SO2-4/ZrO2-MoO3催化合成富马酸二甲酯

在固体酸SO2-4/ZrO2-MoO3催化下,由马来酸酐和甲醇催化合成了富马酸二甲酯.探讨了催化剂用量,原料配比,反应时间对产率的影响.最佳反应条件为醇酸摩尔比为61,反应时间3 h,催化剂占反应物总质量的1.5%,产物收率在93%以上.     

固体酸SO_4~(2-)/ZrO_2-MoO_3催化合成富马酸二甲酯

在固体酸SO2-4/ZrO2 MoO3催化下,由马来酸酐和甲醇催化合成了富马酸二甲酯.探讨了催化剂用量,原料配比,反应时间对产率的影响.最佳反应条件为:醇酸摩尔比为6∶1,反应时间3h,催化剂占反应物总质量的1.5%,产物收率在93%以上.     

超声吸附制备均匀分散在SBA-15的S_2O_8~(2–)-Fe_2O_3纳米粒子:增强S_2O_8~(2–)-Fe_2O_3本体催化活性（英文）

摘要:酸催化剂在化学反应和化工生产中具有重要的作用.传统无机酸,如H_2SO_4,H_3PO_4和对甲苯磺酸等具有较高的催化活性,但是存在污染大、设备腐蚀严重以及催化剂不能重复使用等问题.固体酸具有酸性强、易分离、环境友好以及稳定性和重复使用性好等特点因而近年来越来越引起人们的关注.其中,SO_4~(2-)-M_xO_y固体超强酸(如SO_4~(2-)-Zr O_2,SO_4~(2-)-Ti O_2和SO_4~(2-)-Sn O_2等)因具有很好的催化性能而备受关注.相比SO_4~(2-)-M_xO_y,S_2O_8~(2-)-M_xO_y具有更强的酸性和稳定性而成为研究的重点.如何克服固体超强酸本体的低比表面积和孔容,增加其比表面积和催化活性是固体超强酸研究的热点.超声吸附法可保证所制介孔固体酸活性组分均匀分散,以及大的比表面积和更多的酸性位点.因此采用超声吸附法制备了一种新型介孔固体酸S_2O_8~(2-)-Fe_2O_3/SBA-15.相比S_2O_8~(2-)-Fe_2O_3本体、B酸和文献报道催化剂,负载30%Fe_2O_3的S_2O_8~(2-)-Fe_2O_3/SBA-15在环氧苯乙烷甲醇醇解的探针反应中显示出很高的催化活性,反应收率为100%.S_2O_8~(2-)-Fe_2O_3纳米粒子的纳米效应和SBA-15介孔结构的协同作用使S_2O_8~(2-)-Fe_2O_3/SBA-15具有高催化活性.相比S_2O_8~(2-)-Fe_2O_3本体,采用超声分散技术制备的S_2O_8~(2-)-Fe_2O_3/SBA-15固体超强酸具有典型的介孔结构、大的比表面积和孔容,并且表面富含酸性位点.并且吡啶红外分析S_2O_8~(2-)-Fe_2O_3/SBA-15表面富含L酸和B酸.环氧苯乙烷甲醇醇解探针反应表明,Fe_2O_3负载量为30%时,S_2O_8~(2-)-Fe_2O_3/SBA-15的催化活性最高,优于S_2O_8~(2-)-Fe_2O_3本体和已报道的布朗酸和路易斯酸等催化剂,将醇底物拓展(ROHs,R=C_2H_5-C_4H_9),S_2O_8~(2-)-Fe_2O_3/SBA-15的催化活性也优于S_2O_8~(2-)-Fe_2O_3本体.同时,S_2O_8~(2-)-Fe_2O_3/SBA-15具有很好的重复使用性能,连续使用七次,反应收率在84.1%以上.总之,具有高催化活性、好的稳定性和经济性的S_2O_8~(2-)-Fe_2O_3/SBA-15具有广阔的应用前景.     

固体超强酸催化合成哌啶工艺研究

本文以SO_4~(2-)/ZrO_2-NiO/Al_2O_3固体超强酸为催化剂,以1,5-戊二醇和氨水为原料,经固定床反应器合成了哌啶。研究原料的摩尔配比,反应温度,以及原材料进料速度对合成反应的影响;实验结果表明合成哌啶的最优实验方案为:氨水与1,5-戊二醇原料物质的量之比为13∶1,反应温度为380℃,进料速度为1.0 mL·min~(-1),哌啶的收率最高达到95.2%。     

H_2O_2处理H_3PW_6Mo_6O_(40)/ZrO_2-SiO_2光催化降解甲基橙

采用浸渍法制备了H_3PW_6Mo_6O_(40)/ZrO_2-SiO_2催化剂,用H_2O_2进行敏化处理,并通过FT-IR、XRD对其进行了表征。探讨了该催化剂对甲基橙溶液的催化降解活性,较系统地研究了溶液的初始浓度、溶液的pH、催化剂用量对光催化降解甲基橙的影响。研究发现:H_3PW_6Mo_6O_(40)/ZrO_2-SiO_2对甲基橙有良好的降解效果。在甲基橙溶液初始浓度为10mg·L~(-1),溶液pH为2.5,催化剂用量为溶液总质量0.5%的条件下光照2.5h,甲基橙的降解率达到91.1%。H_3PW_6Mo_6O_(40)/ZrO_2-SiO_2催化剂光催化降解甲基橙溶液为一级动力学反应。     

不同前驱体制备的SO_4~(2-)/AC催化剂在二甲醚直接氧化合成聚甲氧基二甲醚中的反应性能

分别用硫酸、硫酸铵作为前驱体,活性炭(AC)作为载体,采用浸渍法制备了SO_4~(2-)/AC双功能催化剂(SO_4~(2-)离子和AC载体分别提供催化剂的酸性和氧化还原性),考察了其在二甲醚(DME)直接氧化合成聚甲氧基二甲醚(DMMx)反应中的催化性能。结果表明,不同前驱体制备的SO_4~(2-)/AC催化剂表现出显著的催化活性差异。40%H_2SO_4/AC催化剂具有较好的反应活性,DME转化率为8.4%,DMM1-2的选择性达到59.7%,并且没有COx的生成;而在40%(NH_4)_2SO_4/AC催化剂上,反应主要生成了COx,DMM选择性仅2.7%,且无DMM2生成。XRD、BET、NH_3-TPD及O_2-TPD-MS等表征结果显示,H_2SO_4/AC催化剂中适量的弱酸性位和氧化还原性位有利于DME直接氧化合成DMMx。经过SO_4~(2-)修饰的催化剂促进了O2在活性炭表面的活化;前驱体H_2SO_4的加入提高了催化剂表面的弱酸性位数量,而(NH_4)_2SO_4的引入却促使催化剂表面产生中强酸性位。     

掺杂物对负载型ZrO_2/Al_2O_3的催化性能的影响

用浸渍-沉淀法分别制备了负载型ZrO_2/Al_2O_3和ZrO_2-(MgO、 K2O、 CeO_2、La_2O_3)/Al_2O_3催化剂. 用XRD、 BET、 TPD对催化剂的晶相结构、比表面积、孔径分布、表面酸碱性等进行了表征;同时以CO_2和CH_3OH为探针用原位红外对催化剂的吸附行为进行研究. 结果表明, 掺杂氧化物有效的阻止ZrO_2晶粒的团聚, 并提高了催化剂的比表面积和平均孔径;CeO_2的添加有利于碱性中心数的增多, La_2O_3有利于酸性中心数的提高. 原位红外结果表明CH_3OH能在ZrO_2-(CeO_2、 La_2O_3)/Al_2O_3催化剂表面发生解离吸附, 而CO_2在催化剂表面均出现单齿态吸附. CO_2和CH_3OH在常压下直接合成碳酸二甲酯(DMC)反应中ZrO_2-(CeO_2、 La_2O_3)/Al_2O_3催化剂表现出较好的催化活性和选择性.     

稀土固体超强酸SO_4~(2-)/TiO_2/La~(3 )催化合成水杨酸异丁酯

研究了以稀土固体超强酸SO_4~(2-)/TiO_2/La~(3 )为催化剂,水杨酸和异丁醇为原料合成水杨酸异丁酯,并考察了影响反应的因素。结果表明,醇酸比为3:1,催化剂用量为1.0g(水杨酸为0.1mol的情况下),带水剂苯为15mL,反应时间为3.0h是最适宜的反应条件,酯化率达96.2％。     

稀土固体超强酸SO2-4/TiO2/La3 +催化合成丙酸苄酯

采用浸渍法制备了稀土固体超强酸SO2-4/TiO2/La3+,并运用IR、XRD和Hammett指示剂法对其进行了表征.以制备的固体超强酸SO2-4/TiO23+为催化剂、丙酸和苯甲醇为原料合成了丙酸苄酯.考察了催化剂的制备条件及合成条件对酯化率的影响,结果显示催化剂最佳制备条件:钛前体氧化物的浸渍液为含0.07 mol·L-1 La3+的硫酸溶液,焙烧时间3 h,焙烧温度500℃.最佳反应条件:醇酸摩尔比为1:2、催化剂用量为苯甲醇用量的9.3%、反应时间3 h、反应温度120℃,酯化率达84.0%以上.用IR、1H-NMR等手段对产品进行了表征.     

稀土固体超强酸SO4^2-／TiO2／La^3＋催化合成丙酸苄酯

采用浸渍法制备了稀土固体超强酸SO2-4/TiO2/La3+,并运用IR、XRD和Hammett指示剂法对其进行了表征.以制备的固体超强酸SO2-4/TiO23+为催化剂、丙酸和苯甲醇为原料合成了丙酸苄酯.考察了催化剂的制备条件及合成条件对酯化率的影响,结果显示催化剂最佳制备条件钛前体氧化物的浸渍液为含0.07 mol·L-1 La3+的硫酸溶液,焙烧时间3 h,焙烧温度500℃.最佳反应条件醇酸摩尔比为12、催化剂用量为苯甲醇用量的9.3%、反应时间3 h、反应温度120℃,酯化率达84.0%以上.用IR、1H-NMR等手段对产品进行了表征.     

Al促进SO~4^2^-/M~xO~y(M=Zr, Ti, Fe)固体强酸的研究

合成与表征了三个系列的Al促进固体强酸样品,并研究了对甲苯的苯甲酰化反应性能.实验表明,SO_4~(2-)/ZrO_2,SO_4~(2-)/TiO_2和SO_4~(2-)/Fe_2O_3中引入适量的Al_2O_3,有助于稳定样品表面的含硫物种,增加样品表面的有效酸位,提高样品的强酸性和对甲苯的苯甲酰化的反应活性.NH_3吸附微量热结果表明,Al促进样品的强酸性和催化活性的显著提高是由于样品表面的酸位强度分布发生了变化,有利于正丁烷异构化反应和苯甲酰化反应的中强酸位和强酸位的酸量显著增加.