蒸氨法制备铜硅催化剂的二甲醚水蒸气重整制氢性能

采用蒸氨法制备出不同Cu负载量的xCu/SiO_2-AE催化剂,并将其用于二甲醚水蒸气重整制氢反应。当Cu负载量为30%(w)时,30Cu/SiO_2-AE催化剂表现出最佳的催化性能。结果显示,该方法制备的催化剂表面具有高度分散的CuO和层状硅酸铜物相,经还原后分别形成Cu~0和Cu~+物种。与常规浸渍法制备的30Cu/SiO_2-IM催化剂相比,蒸氨法制备的30Cu/SiO_2-AE催化剂具有优异的催化稳定性和活性,这与其独特的层状结构和表面Cu~0与Cu~+之间的协同作用相关。     

In-Cu/SiO_2催化剂用于醋酸甲酯加氢反应制乙醇（英文）

工业上常用玉米生产乙醇,从而造成粮食和燃料的选择两难局面.随着页岩气研究的不断深入以及全球可观的煤炭存量,用醋酸甲酯加氢制乙醇已引起广泛关注.铜基催化剂对酯加氢生成醇有高的转化率和选择性,其中铜铬催化剂性能较高,但铬对人体和环境的潜在危害限制了其广泛应用.Cu/SiO_2催化剂价格低廉,环境友好,但其稳定性较差,容易失活不利于工业上应用.因此人们对Cu/SiO_2催化剂进行改性.本文采用氨蒸法制备了一系列掺杂不同量氧化铟(In_2O_3)的Cu催化剂(In-Cu/SiO_2).采用X射线衍射(XRD)、氮气吸脱附、氢气程序升温脱附(H_2-TPD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)以及电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)等手段对催化剂进行了表征,同时评价了催化剂的活性和稳定性.结果发现,In_2O_3的改性提高了Cu/SiO_2催化剂在醋酸甲酯加氢制乙醇反应中的活性和稳定性;其中当添加1%In_2O_3时,醋酸甲酯转化率从-83.7%提高至97.8%(反应温度523 K,反应压力3 MPa,氢酯摩尔比15,液时空速2 h1),且对液时空速的变化耐受性比较强.当液时空速大于-3 h1时,随着液时空速的增加,Cu/SiO_2催化剂的活性和选择性急剧下降,而1In-Cu/SiO_2催化剂变化相对较小.TEM和XRD结果表明,适量In_2O_3的掺入改善了Cu/SiO_2催化剂活性组分的分散性,铜粒径变小;FT-IR和N_2O化学吸附结果显示,In_2O_3的加入使得页硅酸铜含量增加,从而有效地抑制了催化剂还原过程中铜的聚合,因此催化剂性能提高.XPS结果表明,表面Cu~0和Cu~+活性位点之间的协同作用有助于改善催化剂性能.Cu/SiO_2和1In-Cu/SiO_2催化剂100 h的稳定性测试发现,Cu/SiO_2催化剂的失活主要是由于活性组分颗粒尺寸聚集变大和表面Cu~0和Cu~+分布的破坏所致;而1In-Cu/SiO_2催化剂物化性质几乎保持不变,表明适量的In_2O_3可稳定Cu/SiO_2催化剂,延长其使用寿命.由此推断,In_2O_3可能作为一种隔离剂以抑制铜纳米粒子的热迁移和聚集,从而有效地提高Cu/SiO_2催化剂活性和稳定性.     

完全液相法制备CuZnAl催化剂中Si含量对二甲醚直接合成性能的影响

在完全液相法制备工艺中,考察不同Si含量对浆状CuZnAl催化剂上合成气直接制备二甲醚性能的影响。其中,SA0.5催化剂(Si/Al=0.5)显示了最优异的催化性能,CO转化率为63.31%,二甲醚选择性为72.96%,在反应480 h过程中催化剂催化性能稳定。通过X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和氮气吸附-脱附表征发现,Si的引入促进了催化剂Cu物种颗粒的分散及比表面积的增大,提高了CO转化率。此外,氢气程序升温还原(H₂-TPR)和X射线光电子能谱(XPS)表征揭示了Cu物种与催化剂其他组分(Si物种)之间存在电子相互作用,抑制了Cu物种还原,催化剂表面富集更多Cu⁺物种,有利于甲醇合成,同时有效地抑制了水煤气副反应产物CO₂的生成。再者,SA0.5催化剂表面富集了大量的Al物种(AlOOH),有利于甲醇脱水,促进二甲醚的生成。总之,浆状CuZnAlSi体系中Cu⁺和AlOOH协同催化作用,提高了催化剂活性及二甲醚选择性。     

碳酸乙烯酯选择加氢合成甲醇与乙二醇高效稳定Cu/SiO_2催化剂研究（英文）

CO_2作为重要的碳氧资源,具有来源丰富、价格低廉、安全等突出优点.近年来,由于蕴含的巨大利用潜力,CO_2间接利用制备基础化学品、能源燃料对于可持续制备大宗化工品中具有重要研究意义,日益受到研究者和工业界的广泛重视.甲醇与乙二醇是化学工业中的两种重要大宗原料.甲醇不仅是重要的有机化工原料、清洁环保的液体燃料,同时也是氢气和能量储存的良好载体.乙二醇作为一种重要的有机化工原料,在聚酯等领域具有广泛应用.CO_2经碳酸乙烯酯氢解制备甲醇/乙二醇是典型的原子经济反应,对资源、能源和环境的可持续发展具有重要意义.需要指出的是,CO_2与环氧乙烷环加成制备碳酸乙烯酯已具备成熟的工业化技术.因此,该路线研究重点在于发展碳酸乙烯酯选择加氢联产甲醇和乙二醇高效稳定的催化体系.近年来,铜基多相催化剂催化碳酸乙烯酯加氢联产甲醇乙二醇得到了广泛重视.由于铜基催化剂存在活性较低、高温易失活等问题,开发高效且具有良好稳定性的铜基催化剂是目前碳酸乙烯酯加氢研究重点.本文针对碳酸乙烯酯选择氢解合成甲醇乙二醇新型铜基催化体系构建和构效关系研究,采用硅溶胶蒸氨法制备高分散Cu/SiO_2过程中引入多羟基β-环糊精修饰催化剂前驱体的合成策略,并通过惰性气体中煅烧后的积碳有效抑制活性铜物种的团聚,获得了β-环糊精改性的Cu/SiO_2催化剂.通过N_2吸脱附、XRD、N_2O滴定、H_2-TPR、TEM和XPS等系统表征,发现β-环糊精可有效调控催化剂结构和表面不同价态活性铜物种分布.碳酸乙烯酯加氢性能评价结果表明引入适量β-环糊精的5β-25%Cu/SiO_2具有较优催化活性,乙二醇选择性98.8%和甲醇选择性71.6%,且相应的催化活性可达1178 mgEC g_(cat)~(–1) h~(–1).高活性的原因很可能归因于不同价态Cu~0与Cu~+物种协同催化作用及适宜的Cu~+/(Cu~0+Cu~+)比例.结合密度泛函理论模拟计算,我们提出了Cu~0促进氢气解离、Cu~+吸附活化碳酸乙烯酯分子中酯羰基的反应机理.催化剂重复使用和表征结果表明,5β-25%Cu/SiO_2具有良好的稳定性,使用前后铜粒子大小和铜物种分布几乎未发生明显变化.本文为解决铜基催化剂高温易烧结等难题提供了简单有效的活性铜物种稳定化方法,并为CO_2经碳酸乙烯酯绿色合成甲醇、乙二醇高效稳定铜基催化新体系的构筑提供了有益借鉴.     

助剂SiO2对CO2加氢制二甲醚催化剂Cu-ZnO/HZSM-5性能的影响

 考察了助剂SiO2对CO2加氢合成二甲醚催化剂Cu-ZnO/HZSM-5性能的影响,并用X射线衍射、程序升温还原和X射线光电子能谱等手段对催化剂进行了表征. 结果表明,加入少量的SiO2即可显著提高CO2的转化率、二甲醚的选择性以及二甲醚和甲醇的总选择性,并降低副产物CO的选择性,同时改善催化剂的稳定性; 但SiO2加入量大时,催化活性反而降低. SiO2的存在可使焙烧后催化剂的晶型结构发生改变,促进CuO和ZnO的分散,并提高CuO的还原温度. SiO2的加入抑制了反应过程中催化剂上Cu0和ZnO晶粒的长大,对活性物种Cu0有稳定作用,从而有利于提高催化剂的活性和稳定性.     

原位合成的Cu-SSZ-13催化剂：结晶时间对NH3-SCR性能的影响

通过一步法原位合成Cu-SSZ-13分子筛催化剂,考察了结晶反应时间对NH3选择性催化还原(NH3-SCR)催化性能的影响,利用H2程序升温还原(H2-TPR)、X射线衍射(XRD)、电子顺磁共振光谱(EPR)和X射线电子能谱(XPS)等分析手段表征催化剂。结果表明,结晶时间不同会影响到Cu-SSZ-13分子筛中活性Cu物种的含量和分布,结晶时间为4 d时Cu-SSZ-13分子筛的NH3-SCR催化性能最佳。高温水热条件下,Cu-SSZ-13分子筛中不稳定的Cu~(2+)A物种会发生迁移而形成相对稳定的Cu~(2+)B物种;Cu~(2+)物种发生团聚而造成分子筛结构破坏,部分Cu~(2+)物种也因分子筛骨架坍塌而被包埋,这是导致催化活性下降的主要原因。     

载体H+含量对CuY甲醇氧化羰基化反应性能影响

通过过量浸渍Cu(NO_3)_2溶液于Y分子筛载体上,制备出Cu负载量为6.4%的CuY催化剂,考察了甲醇氧化羰基化反应的催化性能,并采用X射线衍射(XRD)、H2程序升温还原(H2-TPR)、透射电子显微镜(TEM)和NH3程序升温脱附(NH3-TPD)等手段对催化剂表面微观结构进行了表征。研究表明,随Y分子筛载体H+含量的增加,可使更多Cu物种落位于分子筛微孔笼结构中,且高度分散,而笼内未交换的Na+能进一步促进铜物种更多落位于载体超笼结构中,形成更多甲醇氧化羰基化反应的Cu+活性中心。同时随铜物种引入,催化剂中产生了明显的中强酸,酸量随落位于载体笼结构中的Cu物种的增加而增加,催化剂总酸量随之增加,导致甲醇氧化羰基化产物分布发生改变,碳酸二甲酯(DMC)选择性明显降低。对比等体积浸渍法制备的92.3%的高DMC选择性CuY催化剂,以不含H+的NaY分子筛为载体,过量浸渍法制备的CuY催化剂酸量少、Cu物种活性中心多,在保持82.4%的高DMC选择性时,其DMC的时空收率(STY)也高达109.1mg·g~(-1)·h-1。     

由XPS研究CO2在低压甲醇合成中的作用

本文应用XPS,在模拟工业催化剂和实际操作条件下,对低压甲醇合成铜基催化剂的表面形态进行了研究.结果表明,在还原及反应状态下,催化剂表面没有稳定的Cu~(2+)、Cu~+离子存在,仅Cu~0能被检测到;ZnO被还原,形成缺氧结构ZnOx(X≤1),表面出现氧空位.认为高度分散的Cu~0与其紧密接触的部分还原的ZnOx联合组成了甲醇合成的表面活性中心,也即表面上的Cu-Zn-O(“口”为氧空位)构成了最佳合成活性单元.提出反应原料气中适量CO_2的加入有助于金属Cu微晶的分散,认为CO_2的作用主要是使反应气氛中含有一定的氧化势,它与原料气中的CO+H_2一起,对金属Cu微晶起氧化还原作用.CO_2可将Cu~0氧化成Cu~(?+)(甚至Cu~+).但Cu~(?+)会马上被CO+H_2还原成Cu~0.通过这样的氧化还原循环,阻止了Cu微晶的聚集长大,延长了催化剂的使用寿命.     

制备方法对Ni2P/SiO2催化剂结构及萘加氢性能的影响

采用程序升温还原法和次磷酸盐歧化法制备了Ni_2P/SiO_2催化剂,结合现代仪器分析表征技术,研究了制备方法对Ni_2P/SiO_2催化剂结构和萘加氢性能的影响。结果表明,两种方法均可制备出仅含Ni_2P活性相的Ni_2P/SiO_2催化剂,在反应温度340℃、氢气压力4 MPa、空速为20.8 h~(-1)下,程序升温还原法制备的Ni_2P/SiO_2催化剂表现出更高的萘加氢活性,这主要是因为程序还原法制备的Ni_2P/SiO_2催化剂中有更多Ni_2P物种生成,提供了较多的活性位点(CO吸附量21.6μmol/g);且催化剂表面弱酸位点多,有利于芳烃吸附。当选用程序升温还原法制备Ni_2P/SiO_2催化剂时,在保证生成纯相Ni_2P的前提下,较低的Ni/P比更有利于合成高加氢活性的Ni_2P/SiO_2催化剂。     

Cu~+和Cu~(2+)相互转化的热力学讨论

在大一无机化学教材中,讨论到铜族元素时,通常都会涉及Cu~+与Cu~(2+)的稳定性和相互转化的问题.有的教材仅简单提及Cu~+在水中会歧化,歧化反应的K=[Cu~(2+)]/[Cu~+]=1.6×10~6;有的是从元素电位图上看,指出ρ_(Cu~+/(Cu))~0>ρ_(Cu~(2+)/(Cu~+))~0,从而推断在溶液中Cu~+(aq)能歧化为Cu~(2+)(aq)和     

CuAl2O4尖晶石结构对浆态床一氧化碳加氢性能的影响

采用固相法、 共沉淀法、 柠檬酸法和溶胶-凝胶法制备了CuAl₂O₄尖晶石, 在浆态床反应器上对其进行一氧化碳加氢反应活性评价, 并对CuAl₂O₄尖晶石的结构进行了表征. 研究发现, 不同方法制备的CuAl₂O₄尖晶石在织构参数、 表面富集程度和分解还原性能上存在明显差异, 进而影响其催化性能. 固相法所制尖晶石的孔径和孔容大, CuAl₂O₄表面富集程度最高, 致使尖晶石分解不完全, 但是其分解释放的CuO全部被还原, 且Cu⁺/Cu⁰占比相当高, 有利于提高产物中C₂₊OH选择性(达到31.1%). 而表面富集程度相对低的其它3种尖晶石分解完全, 但部分CuO未被还原, 且还原产物中Cu⁰占比提高, Cu⁰和γ-Al₂O₃发生协同作用促进二甲醚的生成, 其选择性最高可达72.9%.     

Selective hydrogenation of dimethyl maleate to tetrahydrofuran over Cu/SiO2 catalyst: Effect of Cu+ on the catalytic performance

Cu/SiO_2 catalysts prepared by different methods have been investigated focusing on the influence of Cu~+on the catalytic performance.The composition,structure and copper valence state were characterized by means of BET,XRD,XPS,FTIR,N_2O-titration.It was found that the Cu/SiO_2 prepared by ammoniaevaporation(AE) method had much higher TOF value than that prepared by wetness-impregnation(WI)with the same THF selectivity.The higher TOF value was attributed to the coexistence of Cu~+ and Cu~0species in the activated AE-Cu/SiO_2.while only Cu° species existing in the activated Wl-Cu/SiO_2.Researches suggest that Cu~+ can adsorb and polarize the C=0 bond of DMM.It is concluded that Cu°could be the main active site and the synergistic effect between Cu~0 and Cu~+ could contribute to hydrogenation of DMM to THF.     

Cu/SiO2催化剂结构对乙酸甲酯加氢性能的影响

采用尿素水解法制备了Cu/SiO₂催化剂, 探究其用于乙酸甲酯(MA)加氢制取乙醇的催化性能, 并通过N₂物理吸附、X射线衍射(XRD)、程序升温还原(TPR)、透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)等表征方法分析了催化剂的物理化学特性, 探究了铜负载量和还原温度等对催化剂结构的影响, 以及与催化活性之间的关系. 发现在铜负载量分别为10%、20%和30% (质量分数, w)的催化剂中, 铜负载量为20%的催化剂因具有较多且分散均匀的活性组分而表现出最佳的加氢效果. 接着在铜负载量为20%的催化剂上研究了还原温度(270, 350, 450 ℃)对催化性能的影响, 发现在350 ℃下还原的催化剂活性最高, 在最佳的反应条件下, 乙酸甲酯转化率达到97.8%, 乙醇选择性达到64.9% (理论最大值为66.6%), 主要归属于它具有较高的铜物种分散度, 最合适的Cu⁰/(Cu⁰+Cu⁺)摩尔比例, 同时实现了解离氢气和活化乙酸甲酯的功能.     

The direct synthesis of dimethyl ether from syngas over hybrid catalysts with sulfate-modified γ-alumina as methanol dehydration components

A series of γ-Al₂O₃ samples modified with various contents of sulfate (0–15 wt.%) and calcined at different temperatures (350–750 °C) were prepared by an impregnation method and physically admixed with CuO–ZnO–Al₂O₃ methanol synthesis catalyst to form hybrid catalysts. The direct synthesis of dimethyl ether (DME) from syngas was carried out over the prepared hybrid catalysts under pressurized fixed-bed continuous flow conditions. The results revealed that the catalytic activity of SO₄²⁻/γ-Al₂O₃ for methanol dehydration increased significantly when the content of sulfate increased to 10 wt.%, resulting in the increase in both DME selectivity and CO conversion. However, when the content of sulfate of SO₄²⁻/γ-Al₂O₃ was further increased to 15 wt.%, the activity for methanol dehydration was increased, and the selectivity for DME decreased slightly as reflected in the increased formation of byproducts like hydrocarbons and CO₂. On the other hand, when the calcination temperature of SO₄²⁻/γ-Al₂O₃ increased from 350 °C to 550 °C, both the CO conversion and the DME selectivity increased gradually, accompanied with the decreased formation of CO₂. Nevertheless, a further increase in calcination temperature to 750 °C remarkably decreased the catalytic activity of SO₄²⁻/γ-Al₂O₃ for methanol dehydration, resulting in the significant decline in both DME selectivity and CO conversion. The hybrid catalyst containing the SO₄²⁻/γ-Al₂O₃ with 10 wt.% sulfate and calcined at 550 °C exhibited the highest selectivity and yield for the synthesis of DME.     

浆态床中Cu/ZnO/Al2O3/ZrO2+γ-Al2O3双功能催化剂一步法合成二甲醚

采用共沉淀法,制备了纤维状CD501甲醇合成催化剂,采用SEM、TEM、XRD和BET等手段对催化剂进行了表征;并将其进一步和γ-Al₂O₃进行混合,获得了Cu/ZnO/Al₂O₃/ZrO₂+γ-Al₂O₃双功能催化剂,考察了其在浆态床中一步法合成二甲醚过程的催化特性。结果表明,相比商业催化剂(COM)和LP201催化剂,新型的CD501催化剂具有更大的比表面积和Cu/Zn分散性。对于浆态床中一步法合成二甲醚过程,采用CD501与γ-Al₂O₃双功能催化剂,相比采用COM或LP201与γ-Al₂O₃双功能催化剂,CO转化率提高了一倍,且经过270h测试,CO转化率从61%降至57%,二甲醚时空产率从0.54g/(g·h)降至0.48g/(g·h),稳定性显著优于COM催化剂。当反应温度为250℃,压力为4.0MPa,空速为3000mL/(g·h),氢碳比为1.0时,该催化剂应用在浆态床一步法合成二甲醚时,CO转化率为61%,DME时空产率达到0.54g/(g·h)。     

负载型Pd-Cu催化剂的制备及富氢气氛下CO优先氧化性能

分别以Al₂O₃, SiO₂和C₃N₄为载体, 通过简单浸渍法制备了3种负载型Pd-Cu催化剂(PC-Al₂O₃, PC-SiO₂, PC-C₃N₄), 考察了其在室温下富氢气氛中CO优先氧化反应性能. 采用X射线衍射(XRD)、 傅里叶变换红外光谱(FTIR)、 氮气物理吸附仪(N₂-physisorption)、 氢气程序升温还原(H₂-TPR)、 二氧化碳程序升温脱附(CO₂-TPD)、 X射线光电子能谱(XPS)和原位漫反射傅里叶变换红外光谱(In situ DRIFTS)等手段对其进行了表征. 结果表明, 与PC-SiO₂和PC-C₃N₄相比, PC-Al₂O₃具有更高的CO优先氧化性能. 这是由于PC-Al₂O₃上形成了大量与Pd物种具有强相互作用的Cu₂Cl(OH)₃物种; 而PC-SiO₂中仅有少量的Cu₂Cl(OH)₃, 且与Pd物种相互作用较弱; PC-C₃N₄中Cu物种则更易与C₃N₄基质配位, 由此削弱了Pd, Cu之间的相互作用. 在反应气氛下PC-Al₂O₃表面还易形成具有更强CO活化能力的Pd⁺物种, 通过与大量Cu⁺物种紧密相互作用, 在一定程度上抑制Pd⁺被过度还原为Pd⁰, 从而维持了其催化活性. 与SiO₂和C₃N₄相比, Al₂O₃更适合负载Pd-Cu用于富氢气氛下CO优先氧化反应.     

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。     

Catalytic Performance and Texture of TEOS Based Cu/SiO2 Catalysts for Hydrogenation of Dimethyl Oxalate to Ethylene Glycol

Highly active and selective Cu/SiO₂ catalysts for hydrogenation of dimethyl oxalate(DMO) to ethylene glycol(EG) were successfully prepared by means of a convenient one-pot synthetic method with tetraethoxysilane( TEOS) as the source of silica. XRD, H₂-TPR, SEM, TEM, XRF and N₂ physisorption measurements were performed to characterize the texture and structure of Cu/SiO2 catalysts with different copper loadings. The active components were highly dispersed on SiO₂ supports. Furthermore, the coexistence of Cu⁰ and Cu⁺ contributed a lot to the excellent performance of Cu-TEOS catalysts. The DMO conversion reached 100% and the EG selectivity reached 95% at 498 K and 2 MPa with a high liquid hourly space velocity over the 27-Cu-TEOS catalyst with an actual copper loading of 19.0%(mass fraction).     

Preparation and catalytic activity of P4VP–Cu(II) complex supported on silica gel

Micron-sized silica gel particles were chemically modified on their surfaces with the coupling agent, γ-methacryloxypropyl trimethoxysilane (MPS), double bond was introduced onto the surfaces of silica gel particles, and the modified particles MPS–SiO₂ were obtained. Then, poly(4-vinylpyridine) (P4VP) was grafted from the silica gel surfaces, and grafting particles P4VP/SiO₂ was prepared. Finally, the coordination between grafted P4VP and cupric ions Cu²⁺ was performed, and the supported complex Cu(II)–P4VP/SiO₂ was obtained. The grafting particles P4VP/SiO₂ and the supported complex Cu(II)–P4VP/SiO₂ were characterized with infrared spectra (FTIR), thermogravimetric analysis (TGA) and scanning electron microscopy (SEM). Cu(II)–P4VP/SiO₂ was used as a catalyst for the oxidation of ethyl benzene into acetophenone with molecular oxygen under ordinary pressure. The experimental results show that the supported complex Cu(II)–P4VP/SiO₂ can be successfully prepared via grafting polymerization of 4VP and coordination between the grafted P4VP and cupric ions Cu²⁺. In oxidation of ethyl benzene into acetophenone by molecular oxygen under ordinary pressure, the supported complex Cu(II)–P4VP/SiO₂ displayed high catalytic activity and excellent catalytic selectivity up to more than 98% for the transformation of ethyl benzene to acetophenone.