C302铜基甲醇合成催化剂颗粒设计I．颗粒结构对催化剂宏观活性的影响

以国产C30 2铜基甲醇合成催化剂原粉为母体 ,通过成型模具和成型条件的改变 ,制备了一系列具有不同形状、尺寸和孔结构的催化剂颗粒 ,用宏观活性测试和孔结构表征的方法 ,考察了颗粒结构对催化剂宏观活性的影响。结果表明 ,对于内扩散阻止作用比较明显的工业甲醇合成过程 ,适宜的颗粒结构设计对提高催化剂的利用率具有重要意义 ;当C30 2催化剂颗粒具有 5 5nm～ 7 5nm的平均孔半径、0 4 7左右的孔隙率时 ,其结构比较适宜 ,在此基础上 ,通过改进反应沉淀工艺、提高颗粒的比表面积 ,可以较大幅度的提高催化剂的宏观活性 ;对工业常用的圆柱状C30 2催化剂颗粒 (Φ 5× 5mm) ,采用约 4 0kN·cm- 2 的成型压片强度相对比较适宜。     

孔结构对铜基甲醇合成催化剂宏观反应速率的影响Ⅰ．未中毒颗粒催化剂

催化剂的宏观反应速率受颗粒内扩散过程的影响，而内扩散过程又取决于催化剂颗粒的孔结构。以铜基甲醇合成催化剂为研究体系，通过改变压片压强和共沉淀条件，制备具有不同孔结构参数（比表面、孔隙率、孔径分布、孔容、颗粒密度、曲折因子）的颗粒催化剂，由反应工程中的扩散－反应方程，按照平行交联孔模型计算有效扩散系数，模拟计算单颗粒催化剂在工业生产条件下的宏观反应速率，从而研究孔结构对未中毒铜基甲醇合成催化剂宏观反应速率的影响。     

孔结构对铜基甲醇合成催化剂宏观反应速率的影响 Ⅰ.未中毒颗…

催化剂的宏观反应速率受颗粒内扩散过程的影响，而内扩散过程又取决于催化剂颗粒的孔结构。以铜基甲醇合成催化剂为研究本系，通过改变压片压强和共沉淀条件，制备具有不同孔结构参数（比表面、孔隙率、孔径分布、孔容、颗粒密度、曲折因子）的颗粒催化剂，由反应工程中的扩散－反应方程，按照平行交联孔模型计算有效扩散系数，模拟计算单颗粒催化剂在工业生产条件下的宏观反应速率，从而研究孔结构对未中毒铜基甲醇合成催化剂宏观反     

C302铜基甲醇合成催化剂颗粒设计Ⅱ. 颗粒结构对Lurgi型合成反应器性能的影响

基于本文（I）报的研究结果，以固定床反应器二维非均相数学模型为基础，模拟考察了C302铜基甲醇合成催化剂颗粒设计对Lurgi型合成反应器性能的影响。结果表明，由于颗粒结构设计改变了粒内反应－扩散耦合行为的相互匹配关系，使得催化剂的宏观反应活性发生变化，进而对反应器的操作性能产生显著的影响（包括反应器生产能力、温度和浓度分布特性、床层压力降和热点温度等），为提高反应器的生产能力和改善反应器的操作性能，进行催化剂颗粒的适宜结构设计是非常必要和有价值的。     

pH值对微波协助乙二醇法制备PtRu/C催化剂的影响

以微波协助乙二醇工艺合成了碳负载不同粒径大小的PtRu/C纳米催化剂, 主要考察了溶液pH值对PtRu粒子大小的影响. 利用紫外可见光谱、能量散射X射线谱、透射电镜和X射线衍射谱对PtRu纳米催化剂进行了表征. 结果表明, pH值是一个对PtRu粒子大小有着重要影响的因素. TEM结果显示随着溶液pH值的增加, PtRu粒径从3.5 nm减小到1.5 nm. 当溶液pH值达到11.0时, 由于金属粒子被保护, 合成的催化剂中金属载量明显减少. 溶液pH 值在9.0 右合成的PtRu/C催化剂具有适宜粒径(2.4 nm)和均匀分布的金属颗粒, 具有最好的甲醇电氧化活性.     

C207联醇催化剂的硫化氢表面中毒深度

研究了甲醇合成C207铜基催化剂硫化氢中毒本征失活动力学。常压下在内循环无梯度反应器中测定了φ5×5mm工业颗粒C207铜基催化剂在进门硫化氢含量7.19×10~(-4),分别通硫化氢4、8和12小时后甲醇分解反应宏观速率。俄歇电子能谱测定结果表明,工业颗粒铜基催化剂硫化氢中毒为表面中毒,通硫化氢4、8和12小时未中毒比半径分别为0.938,0.916和0.896,与由本征失活动力学计算的值相符合。     

含有多级孔复合分子筛的复合催化剂上合成气一步制二甲醚

以Beta分子筛为核、Y型分子筛为壳层的多级孔复合分子筛(BFZ)作为甲醇脱水催化剂用于固定床中合成气一步法制备二甲醚,并与纯Y型分子筛进行了比较,研究了二甲醚合成催化反应活性与甲醇脱水催化剂孔道结构和酸性之间的关系.结果表明,复合分子筛HBFZ具有中等强度的酸性和中孔孔道结构,有利于提高合成气制备二甲醚的催化反应活性.二甲醚直接合成催化剂由工业CuO/ZnO/Al₂O₃催化剂(CZA)与分子筛(HBFZ、HY)采用机械混合方法制备;催化评价结果显示,CZA/HBFZ比CZA/HY具有更优的催化活性和稳定性.在250 ℃, 5.0 MPa 和 1 500 h^-1的反应条件下,CZA/HBFZ催化剂上CO的转化率和DME的选择性分别达到94.2%和67.9%.     

高热稳定性纳米Au/TiO2催化剂的制备与表征

 采用三嵌段共聚物聚乙醚-聚丙醚-聚乙醚EO20PO70EO20 (P123)为有机模板剂合成了介孔TiO2载体,用沉积-沉淀法制得Au/TiO2催化剂. 运用N2 吸附-脱附、 X射线衍射、 X射线光电子能谱和高分辨电镜技术对催化剂的结构与形貌进行了表征. 采用P123模板剂合成的TiO2具有较均匀的介孔结构,孔径集中在6.1 nm附近,负载金后,其介孔结构保持良好,但孔径下降至5.4 nm. 400 ℃焙烧后,介孔TiO2负载的Au催化剂中Au主要以金属态存在. 负载在三种TiO2载体(介孔TiO2、溶胶-凝胶法合成的TiO2和工业TiO2)上的Au晶粒大小和分散度差异较大,其中介孔TiO2载体更有利于金的分散,以该载体制备的催化剂400 ℃焙烧后金的晶粒尺寸在1～5 nm范围内,催化剂显示了很好的CO氧化活性和抗热稳定性,即使在420 ℃焙烧,其室温下CO的转化率也在90%以上. 而溶胶-凝胶法制备的TiO2和工业TiO2负载的纳米金催化剂中,金晶粒尺寸约为10 nm,催化剂的CO氧化活性和抗热稳定性较差.     

浆态相甲醇合成催化剂的失活机理

 浆态床甲醇合成过程具有重要的工业应用价值,影响该过程工业化的根本原因是催化剂易失活. 以合成气为原料,医用液体石蜡为溶剂,在5 MPa, 260 ℃和 1100 ml/(g·h)的反应条件下于浆态床反应器中考察了铜基甲醇合成工业催化剂C301的稳定性,并采用程序升温还原、 X射线衍射、透射电镜、扫描电镜、 扫描电镜能谱、元素分析和N2物理吸附等表征方法对不同失活程度的催化剂的物相组成和形貌进行了表征. 结果表明,在本实验条件下,失活催化剂无中毒现象,但随着反应时间的延长,催化剂晶粒长大,比表面积减小,积炭和热烧结现象较明显,但不伴随活性组分铜的流失.     

一步法合成二甲醚整体式催化剂的制备及反应性能研究

以蜂窝陶瓷为载体、γ-Al₂O₃为惰性涂层、C301/HZSM-5为活性组分制备出一种整体式合成二甲醚催化剂。BET、XRD和SEM分析结果表明,活性组分均匀负载在载体表面上,催化剂具有良好的结构和织构特点。在固定床反应器中考察了整体式催化剂上CO加氢一步法合成二甲醚的反应性能,并与C301/HZSM-5颗粒（粉末）催化剂进行了比较。在温度260℃、压力4.0MPa、合成气空速1500mL/(g·h)的条件下,整体式催化剂上CO转化率达到79.62%,二甲醚选择性为70.58%,分别比C301/HZSM-5颗粒催化剂高出7.78%和9.44%。100h的稳定性实验结果表明,整体式催化剂可以保持较高的活性和选择性,而颗粒状催化剂的活性有明显的下降。
     

孔结构对铜基甲醇合成催化剂宏观反应速率的影响Ⅱ．表面中毒颗粒催化剂

建立了表面中毒铜基催化剂上进行ＣＯ和ＣＯ＿２加氢合成甲醇复合反应宏观反应速率的关键组分扩散模型，研究了不同中毒分率下孔结构参数对铜基催化剂的定观反应速率的影响。结果表明，随着中毒分率增加，失活层的扩散阻力更趋严重，而孔结构参数的影响趋于减小。     

聚乙二醇介质对浆态床合成气制乙醇催化性能的影响

采用不同分子量的聚乙二醇(400、600、800和1 000)作为浆态床反应介质,工业甲醇合成催化剂C302作为催化剂进行一氧化碳加氢反应,运用XRD、H_2-TPR、NH_3-TPD-MS、BET、XPS等方法对催化剂进行表征,考察催化剂C302在不同浆态床反应介质中进行一氧化碳加氢反应后其结构及性能的变化.结果表明浆态床反应介质对催化剂性能的发挥具有显著的影响,以聚乙二醇作为浆态床反应介质,C302用于一氧化碳加氢反应时产物中均出现了乙醇,同时催化剂表现出良好的稳定性.其中以聚乙二醇600作为浆态床反应介质时,反应后催化剂C302中Cu晶粒尺寸降低,存在两种形态的Cu2O且两者数量匹配,同时其弱酸中心增多,表面Zn富集,这些为催化剂高选择性合成乙醇提供了适宜结构,活性评价显示乙醇选择性达到25.21%.     

Ru,Sn和Co促进的Pt/C催化剂电催化氧化甲醇的性能

 采用溶胶法制备了用于阴离子膜直接甲醇燃料电池的Pt-M/C(M=Ru, Sn和Co)阳极电催化剂,并用X射线衍射和X射线能谱技术对催化剂进行了表征. 结果表明,制备的Pt-M合金颗粒分布均匀,粒径为2～6 nm, 其组成与前驱体中相应金属的原子比基本吻合. 用循环伏安法测定了催化剂在不同碱性条件下的活性. 结果显示,随着碱性的增加,甲醇的起始氧化电位降低,峰电流和催化剂的活性增大; 相同碱强度下催化剂活性顺序为Pt50Ru50/C>Pt50Sn50/C>Pt75Co25/C, 添加Ru可明显提高Pt/C催化剂的活性. Pt50Ru50/C在1.0 mol/L NaOH+1.0 mol/L CH3OH溶液中的峰电流密度可达634.7 mA/mg.     

中空树枝状三氧化钨载铂催化剂对甲醇的电催化氧化性能研究

采用水热法和牺牲模板法相结合制备具有中空树枝结构的三氧化钨载体(d-WO₃),在其表面进一步负载活性成分Pt,得到纳米Pt/d-WO₃复合催化剂。采用X射线粉末衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和比表面积和孔结构分析(BET)等对催化剂的形貌和结构进行了表征。结果表明,三氧化钨具有长6 μm和宽2 μm的中空树枝状结构,孔径分布主要集中在20~120 nm,比表面积为24 m²/g,平均粒径为7.2 nm的Pt纳米粒子均匀分布在其表面。采用循环伏安和计时电流法研究了Pt/d-WO₃催化剂在酸性溶液中对甲醇的电催化氧化性能。结果表明,Pt/d-WO₃催化剂比Pt/C和Pt/WO₃催化剂对甲醇有更高的电催化氧化活性和稳定性。d-WO₃所具有的中空介孔结构和双功能作用机理有利于甲醇在铂表面的直接脱氢氧化过程。     

小麦粉衍生中孔氮掺杂颗粒炭负载金催化剂用于乙炔氢氯化反应（英文）

聚氯乙烯是五大工程塑料之一,在国民经济中占有重要的地位.基于中国富煤少油缺气的能源格局,我国主要采用基于煤化工的电石法氯乙烯生产工艺,但该工艺必须采用氯化汞催化剂,受到国际限汞公约的影响,无汞催化剂的开发迫在眉睫.其中炭负载金催化剂在该反应中活性最高,近几年来取得了较大进展,有望实现产业化.氮掺杂的炭材料在诸多反应中展现了较好的性能,其负载金属催化剂可以有效提高金属的分散度及稳定性,成为近几年多相催化领域的一个研究热点.最近我们课题组报道了一种氮掺杂中孔成型的制备方法:以小麦粉为原料,通过直接炭化法制备了氮掺杂中孔成型炭,这种氮掺杂中孔成型炭作为无汞催化剂在乙炔氢氯化反应中显示出了优异的催化性能.小麦粉衍生的氮掺杂中孔成型炭具有成型容易.原料价廉易得、易于放大生产等优点,是优选的工业化催化剂的载体.本文以这种氮掺杂的成型炭为载体制备了负载型金催化剂,研究其催化乙炔氢氯化性能.结果表明,氮的掺杂使得中孔炭负载金(Au/N-MC)催化剂上乙炔氢氯化活性明显提高.在氯化氢/乙炔比例1.1、反应温度180℃、乙炔空速600 h~(-1)的条件下,Au/N-MC上的乙炔转化率为50%,是Au/MC催化剂活性的2倍.通过对催化剂的表征发现,氮的掺杂能有效地锚定Au/N-MC催化剂中活性组分Au~(3+),抑制催化剂制备过程中Au~(3+)还原为Au~0,从而提高催化剂活性和稳定性.小麦粉衍生的氮掺杂中孔炭的原料廉价易得,生产工艺简单,易成型,也容易实现工业化生产,是负载型金属催化剂的优良载体,其负载的无汞催化剂性能优越,有望取代电石法氯乙烯产业的汞催化剂,成为新一代无汞催化剂.     

直接甲醇燃料电池电催化剂载体碳纳米带的合成与表征

 以间苯二酚和甲醛为碳前体,合成了一种新型碳纳米材料碳纳米带(CNRs), 并采用透射电镜(TEM)、 X射线衍射(XRD)及氮气吸附/脱附测试对CNRs进行了结构表征. 结果表明,所合成的CNRs具有很高的石墨化程度及较规则的带状结构,带宽约为8～20 nm, BET比表面积为283 m2/g, 氮气等温线为type-Ⅳ型,表明CNRs为中孔结构,平均孔径约为8.2 nm. 以CNRs为载体通过多元醇法制备了45%PtRu/CNRs电催化剂,该催化剂与以Vulcan XC-72R为载体的PtRu电催化剂相比,直接甲醇燃料电池单池性能得到明显提高.     

超细Cu-ZnO-ZrO2催化剂的制备及其催化CO2加氢合成甲醇的性能

 采用溶胶－凝胶法、共沉淀法和共沸蒸馏法制备了一系列不同粒度范围的超细Cu－ZnO－ZrO2催化剂,并应用BET,XRD,TEM和TPR等物理化学方法对催化剂的结构和物化性质进行了表征,同时考察了催化剂上CO2加氢合成甲醇的反应性能．结果表明,超细Cu－ZnO－ZrO2催化剂具有粒度小、颗粒分布均匀和稳定性好的特点,并发现超细Cu－ZnO－ZrO2催化剂比大颗粒的工业Cu－ZnO－Al2O3催化剂具有更高的催化活性,而且随着催化剂粒度的减小,甲醇合成活性进一步增大．研究还发现,ZrO2具有稳定反应活性中心的作用．     

钯纳米颗粒负载在聚苯胺材料上制得催化Suzuki-Miyaura偶联反应的高效催化剂

在最近的几十年里,金属钯催化的Suzuki-Miyaura偶联反应已经得到了越来越多的关注,被广泛应用于药物、天然产物以及新材料的合成.与此同时均相催化剂发展迅速,高效的配体和大量的设计被用于Suzuki-Miyaura偶联反应中,但是钯催化剂的配体通常很昂贵和难以合成,因此钯催化剂系统的回收是非常有价值的,不仅是经济上的原因,同时也避免了产品的污染,所以发展非均相催化剂是必要的.近年来,研究学者们致力于设计非均相的钯催化剂,如将钯纳米颗粒负载到金属有机骨架、介孔分子筛以及活性炭等多种材料上得到的非均相钯催化剂并应用于Suzuki-Miyaura偶联反应中.我们主要介绍了钯纳米颗粒被负载在含磷配体的交联的聚苯胺材料上制得负载的钯催化剂,首先通过钯催化的三(4-碘苯基)胺与金刚烷基膦的C–P偶联,再由钯催化三(4-碘苯基)胺与对苯二胺的C–N偶联,进而得到钯纳米颗粒负载在含金刚烷基膦的聚苯胺材料上的催化剂Pd@PAN-Ad-0.5(钯含量为0.58 wt%),同时我们对催化剂进行了一些表征,如TEM,SEM,XRD,EDX,XPS,FT-IR,ICP等.通过TEM分析,我们发现钯纳米颗粒在聚合物表面分布均匀,并且金属钯的平均粒径为2–3 nm;EDX检测显示催化剂含有C,N,P,Pd,I元素,说明钯负载到含金刚烷基膦的聚苯胺材料上的催化剂Pd@PAN-Ad-0.5已经形成,并被用于Suzuki-Miyaura偶联反应.我们对反应体系中的各种影响因素进行了优化,包括溶剂、碱、反应时间、催化剂加入量以及不同的催化剂的优化,最终确定了最佳反应条件;对于带有不同取代基(如腈基、甲氧基、醛基、酮基以及硝基)的氯代芳烃和溴代芳烃与苯硼酸的Suzuki-Miyaura反应,以较少的催化剂使用量(0.075 mol%Pd)就能获得较高的相应的联苯产物收率.此外,催化剂Pd@PAN-Ad-0.5在偶联反应中具有较高的反应活性的同时,还具有较好的回收使用能力(至少能够回收使用5次),循环使用4次以后还具有较高的催化活性.为了探索催化剂Pd@PAN-Ad-0.5在工业上的应用,由于4'-氯-2-硝基-1,1'-联苯是合成啶酰菌胺药物的重要中间体,因此我们使用催化剂Pd@PAN-Ad-0.5催化2-硝基氯苯与4-氯苯硼酸的偶联反应,目标产物4'-氯-2-硝基-1,1'-联苯的收率高达96%.我们相信这类催化剂应用于实验室或工业上合成联苯化学品具有较大的潜力.     

高比表面积双孔SiO2负载钴基催化剂费托合成反应性能研究

载体的结构可以显著影响钴基费托合成催化剂的活性和产物选择性。大孔结构载体可以改善反应物和产物的传质情况,提升CO转化活性和C₅₊产物选择性;高比表面积载体有利于使负载的金属分散,提高催化剂的金属利用效率和稳定性。然而,要获得同时具备高比表面积和大孔结构特征的载体相对困难。本研究采用结构导向水解法,合成了一种比表面积达1103.2 m²/g的介孔(2.9 nm)-大孔(63.8 nm)双孔二氧化硅(BP-SiO₂)载体,研究了其负载钴催化剂的费托合成反应性能。结果表明,相对规整介孔SBA-15分子筛负载的钴催化剂Co/SBA-15,210℃反应时,催化剂Co/BP-SiO₂的CO转化率提高33.3%,CH₄选择性降低30.1%,C₅₊选择性增加到80.0%,稳定性显著增强。     

Nd_x作为助催化剂对PtRu/C电催化氧化甲醇活性的影响

采用沉积-还原法制备了PtRu-NdOx/C催化剂,借助TEM、EDS和XRD等测试手段对其进行了微结构和组成的表征.结果表明,催化剂中Pt与Ru以合金形式存在,而Nd的氧化物则以无定形形态存在.催化剂粒子的平均粒径在2nm左右,晶胞参数为0.3896nm,Nd氧化物的加入对PtRu合金的晶体结构影响不明显.采用循环伏安法和计时电流法,比较了PtRu-NdOx/C催化剂和PtRu/C催化剂对甲醇氧化的电催化活性,结果表明,加入Nd的氧化物作为助催化剂能明显提高PtRu/C催化剂对甲醇氧化的电催化性能.