孔口催化促进双功能催化剂上合成气制异构烷烃

随着我国国民经济的快速发展,碳基能源需求量在不断上升,能源供需矛盾日益凸显.在可再生能源替代传统化石能源之前,着手开发合成气催化转化补充石油路线获得油料和大宗化学品成为形势所需,其中的关键点之一是高效催化剂的开发以实现对产物选择性的精准调控.近年来,利用氧化物/分子筛双功能催化剂将甲醇合成和C–C偶联有效集成的催化体系开辟了合成气转化乃至C1转化的新路径.随着合成气直接制低碳烯烃和芳烃等一系列研究取得重大进展,合成气定向转化为高品质汽油作为C1化学领域另一极具挑战性的研究课题也受到了科研工作者们的广泛关注.然而,目前对氧化物/分子筛双功能催化剂体系中异构烷烃的形成机理尚不明确,与传统的分子筛负载费托合成催化剂之间的性能差异还缺乏系统的研究.基于此,本文利用水热合成法制备了三种具有不同微孔尺寸的一维SAPO分子筛(SAPO-41、SAPO-11和SAPO-5),分别与尖晶石结构的ZnAlOx氧化物耦合,并将其应用于合成气制汽油反应中.结果表明,以具有中等微孔尺寸的SAPO-41和SAPO-11分子筛作为C–C偶联功能组分时,合成气直接转化产物中C5–C11选择性分别高达71％和79％,且该馏分以异构烷烃产物为主.其中ZnAlOx/SAPO-11催化剂上异构烷烃与正构烷烃的比例(C0iso/C0n)达到13.相较于ZnAlOx/SAPO-11,ZnA-lOx/SAPO-41催化剂在反应4 h后迅速失活,反应稳定性较差.在优化ZnAlOx/SAPO-11催化剂性能后,分别从产物分布、活性和稳定性三方面入手,将其与经典的Co/H-meso-ZSM-5催化剂进行对比分析.结果表明,Co/H-meso-ZSM-5在低温下仍具有较强的CO活化能力,产物中C5–C11选择性可达70％,但C0iso/C0n仅为2.3.此外,由于钴基催化剂的加氢能力较强,甲烷选择性较高.在稳定性方面,虽然二者均有不同程度的失活,但ZnAlOx/SAPO-11催化剂在反应100 h后,C5–C11选择性依然保持在75％左右,而Co/H-meso-ZSM-5上C5–C11选择性降至64％.通过对ZnAlOx/SAPO-11催化剂上产物的细致分析,发现异构烷烃以单支链的异构体为主.结合正丁烷和异丁烷的等温吸附实验以及的动力学尺寸,推断异构烷烃的形成遵循孔口催化机理,即线性烃类的异构化只能在SAPO-11分子筛的孔口附近发生.生成单支链碳氢化合物是孔口催化的一个特征.由于单支链烷烃相对于双支链烷烃不易裂解,因而生成的单支链C5–C11异构烷烃在ZnAlOx/SAPO-11催化剂上稳定存在,抑制了裂解副反应的发生.综上所述,本文发展了一类氧化物/分子筛双功能催化剂用于转化合成气直接制C5–C11异构烷烃,证实了异构烷烃的生成遵循孔口催化机理,是孔口催化在合成气转化中的应用案例.同时本文系统比较了其与传统的分子筛负载费托合成催化剂之间的性能差异,为设计双功能催化剂实现特定目标产物的选择性合成提供了研究思路.     

孔口催化促进双功能催化剂上合成气制异构烷烃

随着我国国民经济的快速发展,碳基能源需求量在不断上升,能源供需矛盾日益凸显.在可再生能源替代传统化石能源之前,着手开发合成气催化转化补充石油路线获得油料和大宗化学品成为形势所需,其中的关键点之一是高效催化剂的开发以实现对产物选择性的精准调控.近年来,利用氧化物/分子筛双功能催化剂将甲醇合成和C–C偶联有效集成的催化体系开辟了合成气转化乃至C1转化的新路径.随着合成气直接制低碳烯烃和芳烃等一系列研究取得重大进展,合成气定向转化为高品质汽油作为C1化学领域另一极具挑战性的研究课题也受到了科研工作者们的广泛关注.然而,目前对氧化物/分子筛双功能催化剂体系中异构烷烃的形成机理尚不明确,与传统的分子筛负载费托合成催化剂之间的性能差异还缺乏系统的研究.基于此,本文利用水热合成法制备了三种具有不同微孔尺寸的一维SAPO分子筛(SAPO-41、SAPO-11和SAPO-5),分别与尖晶石结构的ZnAlOx氧化物耦合,并将其应用于合成气制汽油反应中.结果表明,以具有中等微孔尺寸的SAPO-41和SAPO-11分子筛作为C–C偶联功能组分时,合成气直接转化产物中C5–C11选择性分别高达71％和79％,且该馏分以异构烷烃产物为主.其中ZnAlOx/SAPO-11催化剂上异构烷烃与正构烷烃的比例(C0iso/C0n)达到13.相较于ZnAlOx/SAPO-11,ZnA-lOx/SAPO-41催化剂在反应4 h后迅速失活,反应稳定性较差.在优化ZnAlOx/SAPO-11催化剂性能后,分别从产物分布、活性和稳定性三方面入手,将其与经典的Co/H-meso-ZSM-5催化剂进行对比分析.结果表明,Co/H-meso-ZSM-5在低温下仍具有较强的CO活化能力,产物中C5–C11选择性可达70％,但C0iso/C0n仅为2.3.此外,由于钴基催化剂的加氢能力较强,甲烷选择性较高.在稳定性方面,虽然二者均有不同程度的失活,但ZnAlOx/SAPO-11催化剂在反应100 h后,C5–C11选择性依然保持在75％左右,而Co/H-meso-ZSM-5上C5–C11选择性降至64％.通过对ZnAlOx/SAPO-11催化剂上产物的细致分析,发现异构烷烃以单支链的异构体为主.结合正丁烷和异丁烷的等温吸附实验以及的动力学尺寸,推断异构烷烃的形成遵循孔口催化机理,即线性烃类的异构化只能在SAPO-11分子筛的孔口附近发生.生成单支链碳氢化合物是孔口催化的一个特征.由于单支链烷烃相对于双支链烷烃不易裂解,因而生成的单支链C5–C11异构烷烃在ZnAlOx/SAPO-11催化剂上稳定存在,抑制了裂解副反应的发生.综上所述,本文发展了一类氧化物/分子筛双功能催化剂用于转化合成气直接制C5–C11异构烷烃,证实了异构烷烃的生成遵循孔口催化机理,是孔口催化在合成气转化中的应用案例.同时本文系统比较了其与传统的分子筛负载费托合成催化剂之间的性能差异,为设计双功能催化剂实现特定目标产物的选择性合成提供了研究思路.     

合成气制低碳混合醇耐硫钼基催化剂的制备研究

本文考察了不同制备方法和制备程序制得之MoSx-K^ /Si O2催化剂对合成转化为低碳混合醇的催化性能，探讨不同助剂（包括K2 CO3，KF，DC1等）对催化剂活性和选择性的影响，首次报道以K2MoS4作为前驱物料制得的MoSx-K^ /SiO2催化剂具有与（NH4）2MoS4- K2CO3/SiO2和法生得到的催化剂几乎一样高的催化活性 和选择性 ，其结果为具有实用意义的催化剂的研制提供依据。     

合成气制乙醇催化反应机理述评

合成气制乙醇催化反应机理述评汪海有，刘金波，蔡启瑞（厦门大学固体表面物理化学国家重点实验室，化学系，厦门３６１００５）Ｃ１化学是国际上有重大应用背景的化学前沿领域。所谓Ｃ１化学是指从一个碳原子的化合物（如ＣＯ、ＣＨ４、ＣＨ３ＯＨ）出发合成各种化学品和...     

浆态床合成气制二甲醚双功能催化剂的性能

在浆态床合成气制二甲醚过程中，在２８０℃，４ＭＰａ、尾气流量４５００ｍＬ／ｇｃａｔ．ｈ条件下，考察了甲醇合成和甲脱水催化剂组成的双功能催化睦合成的影响，随二者质量比的增加，合成气的转化率，二甲醚生成速率逐渐增加，在催化剂比例４－７时达最高值后降低，随催化剂比例的增加，二甲醚、烷烃的选择性逐渐降低，甲醇选择性逐渐升高，当催化剂比例为４－５时二甲醚生成速率最高达１５－１６ｍｍｏｌ／ｇｃａｔ．ｈ，甲醇当     

合成气催化转化直接制备低碳烯烃研究进展

合成气直接催化转化制备低碳烯烃是C1化学与化工领域中一个极具挑战性的研究课题,具有流程短、能耗低等优势,已成为非石油路径生产烯烃的新途径。直接转化方式主要包括经由OX-ZEO双功能催化剂直接制低碳烯烃的双功能催化路线以及经由费托反应直接制备低碳烯烃的FTO路线。综述简述了近年来在合成气直接制备低碳烯烃方面的研究进展,重点讨论了低碳烯烃的形成机理、新型催化剂的研发及助剂对其催化性能的影响,并对合成气直接制烯烃的未来进行了展望。     

ZnZrOx-HZSM-5双功能催化剂催化甲苯与合成气烷基化制对二甲苯

作为重要的有机化工原料,近些年来随着聚酯行业的高速发展,对二甲苯(PX)需求量逐年增高.目前,PX主要通过传统的石油路线生产,例如石脑油催化重整、甲苯歧化和C₈芳烃异构化,这些路线的后续精馏能耗较高.甲醇作为碳源与甲苯烷基化制备PX有效提高了目标产物的选择性,且已实现工业化.然而,由于甲醇生成甲氧基烷基化物种的能垒较高,使反应温度较高,促进了甲醇制烯烃(MTO)副反应的进行,降低了甲醇利用率;且由于积炭的形成,催化剂容易失活.合成气是非石油基资源如煤炭、天然气和生物质等利用的重要平台,在转化为醇类、烯烃以及芳烃路径中将经过甲氧基中间体,因此,本文研发以合成气代替甲醇与甲苯烷基化制备PX的催化剂和催化过程.基于本课题组关于CO₂加氢耦合甲苯烷基化制PX的研究基础,本文将ZnZrO_x(ZZO)与ZSM-5(Z5)混合制得双功能催化剂,用于合成气转化耦合甲苯烷基化制PX.研究结果表明,通过优化催化剂的组成和烷基化反应条件,调控CO加氢反应和甲苯烷基化反应的匹配性,在甲苯转化率为10.3%时,可获得64.8%的二甲苯选择性(不计水煤气变换反应),其中PX占81.8%,气态烃副产物的选择性为10.9%;在相同条件下采用甲醇为烷基化试剂时,二甲苯选择性仅38.5%,其中PX占38.8%,此时气态烃副产物的选择性达26.2%.同位素效应实验结果表明,二甲苯中新增甲基来自于合成气,而非甲苯的歧化反应.催化剂构效研究结果表明,PX的选择性与分子筛孔径、酸性强度以及Br?nsted酸性位点有关;原位红外结果也证实了该反应呈现逆同位素效应(k_H2/k_D2=0.92),表明反应中甲酸盐物种(HCOO*)加氢可能是反应的决速步骤.与传统的甲醇甲苯烷基化路径相比,采用来源广泛和成本较低的合成气与甲苯进行烷基化反应的温度(340℃)更低,有效避免了MTO副反应的发生,同时,该催化剂可在100 h内保持良好稳定性.综上,本工作结果为高效制备高值芳烃PX提供了新思路.     

ZnZrOx-HZSM-5双功能催化剂催化甲苯与合成气烷基化制对二甲苯

作为重要的有机化工原料,近些年来随着聚酯行业的高速发展,对二甲苯(PX)需求量逐年增高.目前,PX主要通过传统的石油路线生产,例如石脑油催化重整、甲苯歧化和C₈芳烃异构化,这些路线的后续精馏能耗较高.甲醇作为碳源与甲苯烷基化制备PX有效提高了目标产物的选择性,且已实现工业化.然而,由于甲醇生成甲氧基烷基化物种的能垒较高,使反应温度较高,促进了甲醇制烯烃(MTO)副反应的进行,降低了甲醇利用率;且由于积炭的形成,催化剂容易失活.合成气是非石油基资源如煤炭、天然气和生物质等利用的重要平台,在转化为醇类、烯烃以及芳烃路径中将经过甲氧基中间体,因此,本文研发以合成气代替甲醇与甲苯烷基化制备PX的催化剂和催化过程.基于本课题组关于CO₂加氢耦合甲苯烷基化制PX的研究基础,本文将ZnZrO_x(ZZO)与ZSM-5(Z5)混合制得双功能催化剂,用于合成气转化耦合甲苯烷基化制PX.研究结果表明,通过优化催化剂的组成和烷基化反应条件,调控CO加氢反应和甲苯烷基化反应的匹配性,在甲苯转化率为10.3%时,可获得64.8%的二甲苯选择性(不计水煤气变换反应),其中PX占81.8%,气态烃副产物的选择性为10.9%;在相同条件下采用甲醇为烷基化试剂时,二甲苯选择性仅38.5%,其中PX占38.8%,此时气态烃副产物的选择性达26.2%.同位素效应实验结果表明,二甲苯中新增甲基来自于合成气,而非甲苯的歧化反应.催化剂构效研究结果表明,PX的选择性与分子筛孔径、酸性强度以及Br?nsted酸性位点有关;原位红外结果也证实了该反应呈现逆同位素效应(k_H2/k_D2=0.92),表明反应中甲酸盐物种(HCOO*)加氢可能是反应的决速步骤.与传统的甲醇甲苯烷基化路径相比,采用来源广泛和成本较低的合成气与甲苯进行烷基化反应的温度(340℃)更低,有效避免了MTO副反应的发生,同时,该催化剂可在100 h内保持良好稳定性.综上,本工作结果为高效制备高值芳烃PX提供了新思路.     

在铜基催化剂上由CO加氢合成低碳混合醇反应速率控制步骤探讨

本文应用“原位”发射红外光谱技术，在２８０℃，０．５ＭＰａ反应条件下，对于Ｃｕ／ＺｎＯ／Ａｌ２Ｏ３催化剂 ＣＯ＋Ｈ２ＣＯ＋Ｈ２＋ＣＯ２反应体系的反应过程进行了动态跟踪结果表明，ＣＯ｜Ｈ２反应体系中，ＣＯ插入表面－烷氧基的金属－碳键可能是生成碳二以上醇的反应速控步骤。     

甲烷临氧催化转化制合成气研究进展

作为烃类液化的最重要步骤,从天然气制合成气是近几十年催化科学研究的前沿和热点之一.结合笔者实验室的工作,本文介绍了国内外甲烷临氧催化转化制合成气的研究现状,对甲烷部分氧化、甲烷临氧二氧化碳重整、甲烷临氧水蒸气重整及甲烷-二氧化碳-水-氧气偶合重整进行了阐述和分析,综述了在催化剂体系、反应机理和工艺条件等方面近期取得的研究成果;并对甲烷临氧催化转化制合成气技术今后的研究重点及应用作了展望.     

Cu-Co bi-metal catalyst prepared by perovskite CuO/LaCoO3 used for higher alcohol synthesis from syngas

Cu-Co bi-metal catalysts derived from CuO/LaCoO3 perovskite structure were prepared by one-step citrate complexing method, and the structure evolution reaction from CuO/LaCoO3 to Cu-Co2C/La202CO3 under 1-12 pretreatment was investigated by techniques of XRD, TPR and TEM. The results suggest that a much higher dispersion of copper significantly enhanced the reduction of cobalt, and a stronger interaction between copper and cobalt ions in LaCoO3 particles led to the formation of bi-metallic Cu-Co particles in the reduced catalysts and the enrichment of Co on the surface of bimetallic particles. The prepared catalysts were highly active and selective for the alcohol synthesis from syngas due to the presence of copper-modified C02C species.     

Cu-Co bi-metal catalyst prepared by perovskite CuO/LaCoO3 used for higher alcohol synthesis from syngas

Cu-Co bi-metal catalysts derived from CuO/LaCoO₃ perovskite structure were prepared by one-step citrate complexing method, and the structure evolution reaction from CuO/LaCoO₃ to Cu-Co₂C/La₂O₂CO₃ under H₂ pretreatment was investigated by techniques of XRD, TPR and TEM. The results suggest that a much higher dispersion of copper significantly enhanced the reduction of cobalt, and a stronger interaction between copper and cobalt ions in LaCoO₃ particles led to the formation of bi-metallic Cu-Co particles in the reduced catalysts and the enrichment of Co on the surface of bimetallic particles. The prepared catalysts were highly active and selective for the alcohol synthesis from syngas due to the presence of copper-modified Co₂C species.     

Carbon nanotube-promoted Co-Cu catalyst for highly efficient synthesis of higher alcohols from syngas

The development of a type of carbon-nanotube-promoted Co-Cu catalyst, which displays excellent performance for highly effective and selective formation of the C(2-4)-oxygenates, especially BuOH and DME, from syngas, is reported.     

Design and synthesis of a tridentate ligand for asymmetric bifunctional catalysis

Covalent attachment of a quinine moiety to a Schiff base ligand through an ester linkage generates a novel tridentate ligand that gives a new Lewis acid-Lewis base (LA-LB^∗) bifunctional catalyst having a mixture of the LA configurations. The LB^∗-dependent asymmetric bifunctional catalysis was demonstrated using the addition of diethylzinc to 2-methoxybenzaldehyde as a test reaction and the substrate scope of the new catalyst was illustrated using aromatic aldehydes.     

氮掺杂碳纳米管担载CuCoCe对合成气制低碳醇的催化性能

以三聚氰胺为氮源,控制其与碳纳米管混合比例,经过高温焙烧得到不同氮含量的氮掺杂碳纳米管(xN-CNTs)载体;通过浸渍法制备x N-CNTs担载的CuCoCe催化剂,研究了氮掺杂对其催化合成气制低碳醇性能的影响。采用X射线衍射(XRD)、N₂吸附-脱附、H₂程序升温还原(H₂-TPR)、NH₃程序升温脱附(NH₃-TPD)和X射线光电子能谱(XPS)等表征手段,分析催化剂结构特性,关联了构效关系。结果表明,氮的掺杂量会影响催化剂活性组分Cu的存在状态及分散情况,减少可还原Co物种的数量,降低催化剂表面酸强度及酸量,使得长链烃类的生成受到抑制,总醇选择性明显提高。分析认为,掺杂在碳管上N的形态分布及掺杂量是影响上述因素的关键。     

Modern concepts on catalysis of hydroprocessing and synthesis of alcohols from syngas by transition metal sulfides

A concept on the dynamic nature of active centers (AC) of the catalysts based on transition metal sulfides is described. The concept formed the basis of a “dynamic” model, according to which AC formed and functioning under the reaction conditions can oscillate between layers of promoted molybdenum sulfide. The model assumes the existence of “rapid” and “slow” AC and the possibility of their intertransformation due to the reversible migration of sulfur and promoter between the crystallite layers in a hydrogen atmosphere. The frequency of these migrations (oscillations) determines the catalyst activity. An assumption is substantiated that the hydrogenation sites are localized at the rims of Co(Ni)MoS₂ crystallites and desulfurization (hydrodesulfurization) sites are localized on the edges. The proposed model makes it possible to develop criteria for the evaluation of the efficiency of catalytic performance for hydrodesulfurization of hydrocarbon raw materials of various types and for synthesis of higher alcohols from syngas.     

助剂和原料气中CO2浓度对CuFeZr催化剂用于合成气制混合醇的影响

考察了不同助剂（Mn、Zn、Co）对CuFeZr催化剂用于合成气制混合醇的影响。借助BET、XRD、H₂-TPR等对其物化性质进行了表征,结果表明,加入助剂可减小颗粒粒径并且增强对CO的吸附能力以及催化剂表面碱性,其中,加入Zn可以增强CuFe间的相互作用,改善CuFeZr催化剂的还原性质,提高对CO的吸附能力,以及提供最强的表面碱性。用固定床反应器对催化剂的反应性能进行了评价,反应结果表明,加入Zn可以显著提高CuFeZr催化剂用于合成气制混合醇的反应活性及醇选择性,使醇时空收率从0.026 g/（g_cat·h）提高至0.071 g/（g_cat·h）。由于循环条件下,反应产物CO₂同时也是原料气的组成成分,进一步地探究了原料气中CO₂浓度对催化剂反应性能的影响。结果表明,加入CO₂可提高CO转化率和醇以及烃的收率,但阻碍链增长反应并使得产物烯烷比降低。其中,在所考察浓度范围内,原料气中含有2.5%的CO₂最有利于醇和烃的生成尤其是低碳醇和低碳烃的生成。     

BINOLAM,a recoverable chiral ligand for bifunctional enantioselective catalysis: the asymmetric synthesis of cyanohydrins

[reaction: see text] A new bifunctional catalytic system based on a monometallic aluminum complex is used for the efficient enantioselective cyanation of aldehydes. The ligand (S)- or (R)-2,2'-bis(diethylaminomethyl)-substituted binaphthol (BINOLAM) used is recovered for recycling. This methodology is used for the synthesis of a precursor of epothilone A.