铜系催化剂上甲醇蒸气转化制氢过程的原位红外研究

 用原位红外光谱法跟踪研究了不同条件下铜系催化剂上甲醇蒸气转化制氢反应的初始开车过程．结果表明，反应过程中二氧化碳不是在一氧化碳之后产生的．可以推断，铜系催化剂上的甲醇蒸气转化制氢过程不是先进行甲醇分解为一氧化碳和氢气，然后一氧化碳和水蒸气发生变换反应生成二氧化碳和氢气．甲醇蒸气转化反应的主要过程是甲醇和水直接生成二氧化碳和氢气．     

铜锌催化剂上吸附动力学参数的非线性动态分析

本文得到了适应于一氧化碳加氢加压体系非线性动态分析不同吸附物种动力学参数的模型，并优化出工业铜锌催化剂上合成甲醇反应中可逆吸附氢和可逆吸附一氧化碳的吸附速率常数及吸附平衡常数。结果表明：铜锌催化剂上吸附可逆氢比吸附一氧化碳快７倍左右。由于铜锌催化剂上甲醇的生成是可逆吸附氢与可逆吸附一氧化碳共同作用的结果，且铜锌催化剂 可逆吸一氧化碳的表面浓度随气相一氧化碳分压的增加而增加，因而加压将有利于合成甲醇     

Zn0.2Zr0.8Ox固溶体催化剂的制备及其催化甲醇合成性能

以Zn(NO3)2·6H2O、Zr(NO3)4·5H2O为原料,Na2CO3为沉淀剂,采用并流共沉淀法制备了一系列不同Zn/Zr摩尔比的双金属氧化物催化剂,其结构经XRD、BET、Raman光谱、TEM和H2-TPR表征。结果表明:Zn0.2Zr0.8Ox催化剂为固溶体结构,比表面积最大达46.2 m^2·g^-1,还原性能良好。以催化CO2加氢合成甲醇为目标反应,对不同Zn/Zr摩尔比的催化剂进行性能测试,并考察了反应温度和反应时间对Zn0.2Zr0.8Ox催化剂性能的影响。结果表明:反应温度250℃、空速GHSV为12000 mL·g^-1h^-1、反应压力2 MPa和H2/CO2(体积比)=3/1时,Zn0.2Zr0.8Ox固溶体催化剂催化活性最高,二氧化碳转化率达到了3.5%、甲醇选择性高达75.4%,甲醇收率达到2.6%,且催化剂能够稳定运行100 h而不失活。     

脉冲氧化亚氮-色谱法测定含铜催化剂的活性表面积

根据氧化亚氮在表面零价铜上分解放出氮的特征反应,建立了脉冲氧化亚氮-色谱法测定各种含铜催化剂活性表面积的方法。对商品氧化铜、实验室中碳酸钠分解硝酸铜所制成的活性氧化铜、Raney 铜、工业脱氧铜催化剂、一氧化碳加氢低压合成甲醇ICI-51型催化剂以及目前正在开发的合金铜-锌催化剂等均进行了活性铜表面积的测量。结果表明,上述催化剂的活性表面积仅占总表面积的一部分,甚至是极少的一部分。约为3—30%。将一系列合金铜锌催化剂的活性表面积数值与其在实验室中一氧化碳加氢合成甲醇的催化活性进行关联,发现甲醇时空收率与催化剂的活性夜面积成正比,亦即反应速度与活性表面积呈线性关系。通过对催化剂表面铜使氧化亚氮分解并吸附氧的本质的探讨,证实了一个氧原子吸附在两个相邻的表面铜原子上的设想,为含铜催化剂对一氧化碳加氢合成甲醇反应活性组分问题的探讨提供了有用的信息。     

多金属氧酸盐催化苯甲醇的选择性氧化：一个绿色可循环的高效催化氧化体系

以Keggin结构的几类杂多酸和三乙胺（TEA）为原料,通过简单的酸碱反应合成了相应杂多酸的TEA盐。 并以它们作为催化剂,30％H2O2作氧化剂,在不使用长链相转移剂的条件下,研究了它们催化苯甲醇选择氧化制备苯甲醛的反应性能。 结果表明,该类催化剂在苯甲醇的选择氧化反应中具有比相应杂多酸更高的催化活性或选择性。 其中[TEAH]H2PW12O40为最佳催化剂,在适宜的反应条件下,该催化剂上苯甲醇转化率可达99.5％以上,苯甲醛选择性达~100％。 催化剂可以被分离和循环使用多次,活性、选择性基本不变。 用水作溶剂,避免了有机溶剂的使用,是一个高效、绿色的苯甲醛选择氧化体系。     

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%.     

甲醇羰基合成醋酸反应中铑(Ⅰ)络合催化剂的热稳定性

本文描述了以SnX_m配位的铑(Ⅰ)络合催化剂在甲醇羰基合成醋酸中的热稳定性。当操作压力为30kg/cm~2,反应温度在155—180℃范围内,发现该催化剂不因一氧化碳分压改变或供给不足、分布不均等而引起分解沉淀。甚至一氧化碳分压为零,半小时内,也未发现该催化剂有分解沉淀现象。但反应在某一温度以上时,该催化剂的热稳定性则受一氧化碳分压的控制。反应深度(甲醇转化率)在50—100％范围内,反应产物在直接蒸馏中或长时间蒸煮时,该催化剂都表现出良好的热稳定性,并能保持一定的羰基化反应速度。     

反应条件对甲醇直接气相羰化反应的影响

在新研制的Mo C催化剂上 ,对甲醇直接气相羰化反应工艺条件与反应气中H2 的影响进行了研究 ,结果表明此新的Mo C催化剂初活性高 ,稳定性高。优化的工艺条件为 :反应温度 30 0℃ ,甲醇进料浓度 2 3% ,CO空速30 0 0L kgcat h ,此时甲醇转化率达 50 % ,醋酸甲酯选择性达 80 % (mol) ,产物时空收率为 8mol kgcat h ,已接近甲醇在有碘化物促进剂下间接气相羰化的水平。对反应气中H2 的影响研究表明 :H2 促进甲醇甲烷化反应 ,羰化产物选择性随H2 含量增加迅速下降 ,而且甲醇转化率也明显降低 ,H2 的影响是参与甲烷化反应 ,而没有引起催化剂失活 ,除去H2 后 ,催化剂活性很快恢复 ,其影响是可逆的。     

稀土固体超强酸SO_4~(2-)/TiO_2/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/TiO2 3 + 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 0 7mol·L-1La3 + 的硫酸溶液 ,焙烧时间 3h ,焙烧温度 5 0 0℃。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 3h、反应温度 12 0℃ ,酯化率达 84 0 %以上。用IR、1H NMR等手段对产品进行了表征。     

层状Au/α-MoC负载催化剂催化低温水煤气变换反应

正水煤气变换反应(CO+H2O=CO2+H2)可以从水中取氢,是化石能源和生物质制氢以及氢气纯化过程的重要反应,其与水蒸汽重整反应的组合是目前廉价制氢的主要工业技术,广泛应用于合成氨以及油品和化学品的生产过程~1。同时,随着氢能经济的发展,氢燃料电池成为重要的新能源应用平台。为防止氢燃料中一氧化碳(CO)对燃料电池催化剂的毒化,需采用水煤气变换反应对     

不同条件制备的甲醇合成催化剂CuO/ZnO的活性与铜表面积的关系

共沉淀法制备的CuO/ZnO催化剂,用于二氧化碳加氢低压甲醇合成已有不少报导;但对催化剂制备中的一些重要环节探索不多,尽管Pan等研究过共沉淀时溶液的pH值不同,对所制的CuO/ZnO催化剂的铜表面积和合成甲醇(由一氧化碳加氢合成甲醇)活性的影响很显著.目前一般均采用1mol/L Na_2CO_3滴加到硝酸铜和硝酸锌混合溶液中,至pH值达8.2左右,但对滴加1mol/L Na_2CO_3的速度快慢对催化剂性能的影响尚未研究过;另外催化剂CuO/ZnO中的ZnO可以以粉末氧化锌和硝酸锌引     

丙酮的催化加氢

关于丙酮加氫的研究以往的文献頗多,有用鎳催化剂的,也有用銅催化剂的。我們采用了活性强而又比較稳定的铜鉻催化剂,并得到了較好的結果。丙酮加氫时在合宜情况下主产物是异丙醇,副产物有高級酮和高級醇。試驗部分: (一)催化剂制法。主要根据Adkine HJS2型催化剂的制法。并将催化剂在200℃以下的溫度用氫先行还原后再进行氫化反应。     

Cu/Zn/Al/Mn催化剂上CO/CO2加氢合成甲醇特性研究

利用共沉淀法制备了四组分的Cu-Zn-Al-Mn和Cu-Zn-Al-Ce催化剂以及三组分的Cu-Zn-Al催化剂。利用组成H2/CO/CO2/N2=66/27/3/4(体积比)的富CO原料气对催化剂进行了活性评价，并研究了温度、压力和空速等反应条件对催化剂活性的影响。结果发现添加适量的锰助剂能显著提高催化剂的活性和热稳定性。利用SEM和XRD方法进行了催化剂的结构和形貌表征，同样表明锰助剂可以起到阻止CuO晶粒长大和促进CuO分散作用。利用富CO2的生物质原料气体积比为H2/CO/CO2/N2=50/25/20/5对Cu-Zn-Al-Mn催化剂进行的评价表明：Cu-Zn-Al-Mn催化剂上CO/CO2加氢合成甲醇的甲醇产率和选择性均有下降，在试验范围内，甲醇产率下降11％～25％，选择性为93％～95％。     

铜基催化剂上甲醇常压分解本征动力学的研究 Ⅱ.CO-H_2-CO_2-H_2O-CH_3OH 系统

常压下,测定了在C301型铜基催化剂上CO-H_2-CO_2-H_2O-CH_3OH 系统中甲醇分解的本征反应速率,对幂函数型甲醇分解本征动力学模型进行了参数估值。求得甲醇分解的动力学方程为:(?)温度与气体组成的实验范围参照甲醇合成工业生产条件。研究结果表明,二氧化碳对甲醇的分解起促进作用。上述复合反应系统中变换反应接近平衡。     

Cu-Zn-Zr/SBA-15介孔催化剂的制备及CO2加氢合成甲醇的催化性能

以具有骨架结构的SBA-15介孔分子筛为载体,采用浸渍法合成了具有高比表面积、不同金属氧化物含量的Cu-Zn-Zr介孔催化剂CZZx/SBA-15(x=0.3,0.4,0.5,0.6).采用N2吸附-脱附(BET)、X射线衍射(XRD)、H2程序升温还原(H2-TPR)、CO2吸附(CO2-TPD)和透射电子显微镜(TEM)等手段对样品进行了表征.在固定床反应器上评价了其CO2加氢合成甲醇的催化性能.实验结果表明,CZZx/SBA-15催化剂具有介孔结构,负载的Cu O,Zn O和Zr O2能够很好地分散在表面,并且负载氧化物晶粒尺寸不同.催化剂的铜比表面积SCu与甲醇催化活性呈近似线性关系,其中CZZ0.4/SBA-15催化剂表现出最大甲醇选择性(54.32%),与CZZ相比,甲醇选择性增加24.85%.随着金属氧化物负载量的增大,催化剂比表面积和SCu明显减小,甲醇选择性与收率也相应减小,负载型CZZx/SBA-15催化剂表面结构对CO2加氢合成甲醇反应活性起关键作用.     

MIL-88B(Fex,Co1?x)催化剂制备及甲醇液相H2O2氧化一步合成甲酸甲酯

甲醇选择氧化合成甲酸甲酯是获得高附加值甲醇下游化学品的最具吸引力的催化反应工艺之一.目前,甲醇选择氧化的研究大多为气相催化反应,存在反应温度较高和产物选择性较低的难题.甲醇液相选择氧化过程的反应温度较低,反应条件易于控制,产物选择性相对较高.然而,以氧气作为氧化剂的甲醇液相选择氧化反应,有时难以脱离反应体系的爆炸极限.以H2O2为氧化剂的甲醇液相选择氧化反应,可以在温和反应条件下实现甲醇催化选择氧化.含Fe活性组分的催化剂对醇类液相选择氧化具有很好的催化性能,金属有机框架材料(MOFs)在三维空间中具有均匀分布的酸位等催化活性位,因此,含Fe的MOFs催化剂是兼具有氧化还原活性和酸性的双功能催化剂,并且引入另外一些催化活性组分时可以改善催化剂的反应性能.本文以Fe3+和Co2+为金属离子,通过简单的一锅水热法合成了一系列不同Fe/Co摩尔比的MIL-88B(Fex,Co1–x)双功能催化剂,采用X射线粉末衍射、扫描电镜(SEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)、傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱、氮气吸附-脱附和电感耦合等离子体质谱等手段表征了催化剂的结构,研究了Fe和Co催化活性组分在甲醇液相选择氧化一步合成甲酸甲酯反应中的协同作用,提出了甲醇液相H2O2氧化一步合成甲酸甲酯的可能催化反应机理.SEM和HRTEM测试结果表明,MIL-88B(Fex,Co1–x)催化剂为平均长度400–600 nm,宽度100–150 nm的针状形态,Fe和Co元素的分布比较均匀,Co掺杂没有改变MIL-88B(Fex,Co1–x)的拓扑结构.X射线光电子能谱分析结果表明从Co到Fe的供电子效应,Co的引入可以调节Fe中心的电子环境,Fe和Co具有协同催化作用.通过甲醇液相氧化性能测试发现,MIL-88B(Fe0.7,Co0.3)表现出最优的催化性能,使用0.5当量的H2O2为氧化剂,在80℃下反应60 min后,甲醇转化率为34.8％,甲酸甲酯选择性由50.7％(单金属Fe)提高至67.6％.且经过四次催化循环后,MIL-88B(Fe0.7,Co0.3)的催化活性没有明显降低.催化反应机理研究表明,Fe是吸附活化H2O2进而选择氧化甲醇的主要活性中心,H2O2首先在Fe3+上吸附和活化,甲醇通过氢键作用吸附在MOF的骨架O原子上,被逐步氧化为甲酸,然后甲酸与剩余甲醇在Lewis酸性位点Fe3+和Co2+上反应生成甲酸甲酯;Co的掺杂加速了Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)的电子转移,提供了更多的配位不饱和金属位点,增强了对中间产物甲酸的吸附,促进了甲酸向甲酸甲酯转化,从而提高产物选择性.     

ZnO-ZrO2固溶体催化剂上CO2高选择性加氢制甲醇

CO2引起的气候变化已引起全世界的关注,但同时CO2也是一种可持续的碳资源.将CO2转化为高附加值的燃料或化学品不仅可以解决CO2的问题,还可变废为宝得到有用的化学品.CO2加氢制甲醇是实现这一过程的理想选择之一,因为甲醇不仅是很好的燃料,还可转化得到烯烃、芳烃等高附加值化学品,需要强调的是整个过程所需的氢气是利用太阳能等可再生能源通过光催化、光电催化或电解水制氢得到.使用煤或天然气经合成气用CuZnOAl2O3催化剂合成甲醇已工业化50年左右,甲醇选择性可达99%,但该催化剂应用于CO2加氢制甲醇时,较强的逆水煤气变换副反应致使甲醇选择性只有60%左右,另外,反应生成的水会加速Cu基催化剂的失活.因此,开发新型高选择性催化体系显得尤为必要,世界上很多科学家展开了新型催化剂的研发,如Cu/ZnO/ZrO2,Pd/ZnO,"georgeite"Cu,Cu(Au)/CeOx/TiO2,Ni-Ga,MnOx/Co3O4催化剂等,但这几类催化剂体系上甲醇选择性都不超过60%,CO2加氢制甲醇选择性低的问题一直没有解决.近期,中国科学院大连化学物理研究所李灿院士课题组开发了一种不同于传统金属催化剂的双金属固溶体氧化物催化剂ZnO-ZrO2,在近似工业条件下(5.0 MPa,24000 mL/(g h),H2/CO2=3/1~4/1,320~315oC),当CO2单程转化率超过10%时,甲醇选择性仍保持在90%左右,是目前同类研究中综合水平最好的结果.研究表明,该催化剂的固溶体结构特征提供了双活性中心反应位点,Zn和Zr,其中H2和CO2分别在Zn位和原子相邻的Zr位上活化,在CO2加氢过程中表现出了协同作用,从而可高选择性地生成甲醇.原位红外-质谱同位素实验及DFT理论计算结果表明,表面HCOO*和H3CO*是反应主要的活性中间物种.该催化剂反应连续运行500 h无失活现象,还具有极好的耐烧结稳定性和一定的抗硫能力,表现出了良好的工业应用前景.传统甲醇合成Cu基催化剂要求原料气含硫低于0.5 ppm,而该催化剂的抗硫能力无疑可使原料气净化成本大大降低,在工业应用方面表现出潜在的优势.     

二氧化碳在加压铜基催化剂上合成甲醇中的作用

随着甲醇工业的迅速发展,近年来,人们对二氧化碳加氢合成甲醇的工作与二氧化碳在铜基催化剂上合成甲醇中的作用发生了浓厚兴趣。国内外学者对二氧化碳的作用进行了研究,但观点不一。本文在加压下,用直流流动等温积分反应器,采用国产     

KOH/4A分子筛催化剂对环氧丙烷、二氧化碳和甲醇合成碳酸二甲酯反应的催化性能

 首次开发出对环氧丙烷、二氧化碳和甲醇合成碳酸二甲酯反应具有较高活性和稳定性的KOH/4A分子筛固体催化剂,考察了反应温度和催化剂活性组分KOH的负载量等因素对催化剂性能的影响. 在优化的实验条件下,环氧丙烷可以完全转化,碳酸二甲酯的收率为168%. 从实验结果推测,产物碳酸二甲酯是由环氧丙烷和二氧化碳加成生成碳酸丙烯酯,然后与甲醇发生酯交换反应生成的,甲醇对环氧丙烷和二氧化碳合成碳酸丙烯酯反应具有助催化作用.     

沉淀还原法制备高性能CO2加氢合成甲醇Cu/ZnO/Al2O3催化剂

由铜基催化剂催化CO2+H2合成甲醇是有效利用CO2的潜在途径[1～5]. 但传统的催化剂对该反应的催化活性及选择性均很低[3～5], 因而寻求具有高活性及高选择性的新型催化剂已成为重要研究课题[4,6]. Cu/ZnO系列催化剂的制备方法和助剂对催化剂的性质及CO2加氢合成甲醇的反应性能有显著影响[6～10], 传统的气相还原活化铜基催化剂的过程常伴随强烈的热效应, 导致催化剂活化过程存在耗时长及还原条件难以控制等问题[11]. 本文采用沉淀-还原法, 用KBH4溶液对新鲜制备的碳酸盐共沉淀进行液相化学还原处理, 直接得到高活性及高选择性的还原态Cu/ZnO/Al2O3甲醇合成催化剂, 并可通过改变催化剂表面Cu+/Cu0活性物种的相对比例来改善催化剂的活性及选择性.