Ni-Fe-Al-O双金属催化剂在生物质基2-羟基四氢吡喃还原胺化合成5-氨基-1-戊醇中的性能研究北大核心CSCD

采用共沉淀法制备了不同Fe/Ni摩尔比(0、0.125、0.25、0.5和0.75)的Al_(2)O_(3)负载型NiFe单、双金属催化剂,并考察了它们在生物糠醛衍生2-羟基四氢吡喃(2-HTHP)还原胺化合成高附加值5-氨基戊醇反应中的催化性能.研究发现当Fe/Ni摩尔比为0.25时表现出最高的5-氨基戊醇收率(在80℃和2 MPa优化条件下达90%).利用N_(2)吸脱附、X射线衍射(XRD)、氢气程序升温还原(H_(2)-TPR)、透射电镜(TEM)等技术对催化剂进行了表征,结果表明适量Fe的掺入可以提高催化剂的分散性和还原性,同时在还原活化催化剂中形成Ni-Fe合金相,继而使相应催化剂表现出更优异的催化活性.通过固定床对比考察了催化剂的稳定性,NiFe(0.25)-Al-O双金属催化剂表现出明显优于NiFe(0)-Al-O单金属催化剂的稳定性,运行120 h前者只有微弱失活而后者显著失活.对比反应后催化剂表征发现,金属Fe的修饰可以有效抑制金属活性颗粒的烧结和流失,从而显著提高其反应稳定性.     

2-硝基-10-羟基-5,10-二氢磷杂吖嗪-10-氧化物的还原研究

10-羟基-5,10-二氢磷杂吖嗪-10-氧化物硝基衍生物的还原反应研究报道始见于1978年.尹志刚等进一步对2-硝基-10-羟基-5,10-二氢磷杂吖嗪-10-氧化物进行了催化加氢研究,结果发现,催化剂用量达到底物质量的7.5%以上,反应介质为中性或弱碱性,该化合物能够被顺利还原[1].该还原方法缺点是Pd/C催化剂不能够回收利用,还原成本高,需要较高氢气压力,危险性大,从而不利于该染料中间体工业化生产.     

4-羟基-5-乙氧基苯胺的合成

以苯胺为原料,经重氮化、偶合、还原得到4-羟基-5-乙氧基苯胺。合成中,通过保险粉还原偶氮化合物的方法在芳香环上引进氨基,不仅产物收率高(总收率86%,较文献提高了26.3%),而且还原产物容易分离,粗品纯度可达95%。本合成路线中间体均不经提纯,且氨基的引入中避免了贵金属的加氢还原,是一条适合大规模生产4-羟基-5-乙氧基苯胺的新合成工艺路线。     

In对Ni/SiO2催化剂苯甲醚加氢脱氧性能的影响:苯环加氢及 C-C键氢解的抑制作用

由可再生木质素基生物质油加氢脱氧制三苯(苯、甲苯及二甲苯)及燃油可减少对化石能源依赖、缓解环境问题,加氢脱氧催化剂的研究开发为众多学者密切关注.我们以低成本金属Ni为加氢脱氧活性组分,采用金属In对金属Ni催化剂进行改性,旨在增加以苯甲醚为模型反应物加氢脱氧中的三苯收率、降低金属Ni的C-C键氢解及甲烷化活性,提高反应过程中碳收率、降低耗氢量.采用等体积浸渍-程序升温还原法制备了Ni/SiO2及Ni-In/SiO2催化剂,研究了Ni/In比及Ni含量对In改性Ni/SiO2催化剂结构和苯甲醚加氢脱氧性能的影响,利用H2-TPR,H2化学吸附,XRD,NH3-TPD,XPS,TEM及N2物理吸附-脱附等手段对催化剂及其前驱体进行了表征,采用石英管固定床反应器在300°C、常压、H2/苯甲醚摩尔比25及苯甲醚重时空速0.4 h-1的反应条件下考察了催化剂苯甲醚加氢脱氧性能,分析了催化剂结构与性能之间的关系.H2-TPR结果显示,金属In的加入抑制了催化剂前驱体中Ni物种的还原.XRD,H2化学吸附,HAADF-STEM-EDS及XPS等结果表明,经450°C还原制备的Ni-In/SiO2双金属催化剂中Ni和In接触紧密.In的加入明显降低了催化剂表面金属Ni的活性位数量;并且,Ni/In比越低Ni-In/SiO2催化剂H2化学吸附量越小.XPS结果还显示,Ni-In/SiO2催化剂中存在金属In向Ni转移电子.上述结果说明,在Ni-In/SiO2催化剂中金属Ni与In存在较强的相互作用.在苯甲醚加氢脱氧反应中,与Ni/SiO2催化剂相比,Ni-In/SiO2催化剂虽因表面Ni密度较低而具有较低苯甲醚转化率,但其苯环加氢、C-C键氢解及CO甲烷化活性较低,因而具有较高的三苯及环己烷选择性;并且,随Ni/In比的降低(即In含量的增加),Ni-In/SiO2催化剂的加氢、氢解及甲烷化能力呈减弱趋势.随Ni质量含量提高,Ni-In/SiO2双金属催化剂上苯甲醚转化率提高,但对三苯选择性及C-C键氢解能力影响不明显.经分析认为,与Ni/SiO2相比,Ni-In/SiO2催化剂较低的苯加氢及C-C键氢解活性与In对表面连续Ni位隔离作用及金属镍位电子云密度提高有关.在优化的反应条件下,Ni质量含量为40%、Ni/In比为40的Ni-In/SiO2催化剂上三苯收率为60.4%,高于相同Ni质量含量Ni/SiO2催化剂上三苯收率(51.6%).     

4,5—环氧—2—戊烯醛多相催化加氢

研究了多相钯和镍催化剂上4,5-环氧-2-戊烯醛的催化加氢。发现钯催化剂上加氢产物为4,5-环氧戊醛(1)和2-羟基四氢吡喃(2),而镍催化剂上加氢产物为2和1,5-戊二醇(3)。1、2和3的最高收率分别为58.8%、62.0%和84.7%。讨论了不同催化剂对加氢产物组成的影响。     

(S)-2-氨基-1,1-二苯基-1-丙醇的合成和外消旋Droxidopa前体的拆分

(S)-2-氨基-1,1-二苯基-1-丙醇是一种合成多种手性助剂的重要中间体,也用于外消旋屈昔多巴前体化合物的拆分。从价廉易得的L-丙氨酸出发,通过四步反应制得,总收率55.6%L-丙氨酸经甲酯化,苄氧羰基保护制得的L-2-苄羰基氨基丙酸甲酯与苯基溴化镁反应制得(S)-2-苄氧羰基氨基-1,1-二苯基-1-丙醇。是在5%Pd/C催化加氢下脱除苄氧羰基得到标题化合物。该制备方法涉及的中间体及目标化合物易于纯化,总收率高且重现性好。我们用制得的氨基醇能成功地拆分外消旋苏式屈昔多巴前体化合物3-3,4-二苄氧苯基)-N-苄氧羰基丙氨酸。     

6-羟基-3,4-二氢喹啉-1(2H)-羧酸叔丁基酯的合成研究

以6-羟基喹啉为原料,使用钯碳催化加氢和硼氢化钠还原两种方法合成了6-羟基-1,2,3,4-四氢喹啉化合物,考察反应温度与碱性条件对6-羟基-3,4-二氢喹啉-1(2H)-羧酸叔丁基酯合成收率的影响,10℃反应温度下,以碳酸氢钠作碱是合成的最佳反应条件。     

Cu对Ni-Cu/SiO2催化1,4-丁炔二醇加氢性能的影响

采用超临界干燥法和等体积浸渍法制备了不同Ni/Cu比例的Ni-Cu/SiO₂双金属催化剂,利用ICP、BET、XRD、H₂-TPR、H₂-TPD、NH₃-TPD等手段对催化剂进行了结构表征,考察了不同Ni/Cu比例对催化剂结构以及1,4-丁炔二醇加氢性能的影响.结果表明,少量Cu的引入不仅能够提高Ni活性物种的分散性,而且Ni-Cu双金属间的相互作用改善了NiO物种的还原性能及氢活化能力,有利于氢和1,4-丁炔二醇在活性位点的快速转化.在反应温度50℃,氢压1 MPa,反应时间3 h的加氢评价条件下,Ni/Cu比为3：1时,15Ni5Cu/SiO₂催化材料不仅可以实现BYD的完全转化,而且能够有效降低难分离副产物2-羟基四氢呋喃的含量,具有最优的加氢活性和对1,4-丁烯二醇及1,4-丁二醇的选择性.     

2,8-二氨基-10-羟基-5-甲基-5,10-二氢磷杂吖嗪-10-氧化物的合成及其诱变性研究

在升温条件下,二苯胺和三氯化磷反应,产物经水解、氧化得次膦酸:10-羟基-5,10-二氢磷杂吖嗪-10-氧化物(产率45%).经酰化后,与甲醇钠作用,生成相应的次膦酸甲酯.次膦酸甲酯经NaH处理后,在120℃下发生甲基迁移,形成5-甲基次膦酸(产率62%).用45倍摩尔量的硝化剂将5-甲基次膦酸硝化,得到双硝基产物(产率59%).在5%Pd/C催化下,双硝基产物又被氢气还原.考察催化剂用量对该还原反应的影响,并在最佳催化剂用量时得到2,8-二氨基-10-羟基-5-甲基-5,10-二氢磷杂吖嗪-10-氧化物(产率70%).用NMR,IR和质谱确定了所合成的5个中间体结构.对合成的氨基化合物进行Salmonella/mam-malianmicrosomeassay测试,结果表明,该氨基化合物表现为非诱变性.     

Ni-Re/SiO2催化剂中Ni颗粒尺寸对乙醇胺催化胺化反应的影响

以醇和氨/胺为原料采用催化胺化法合成有机胺长期以来广受关注,该工艺反应副产物只有水,符合现代绿色化工理念.作为工业应用的成功案例,乙醇胺(MEA)催化胺化法目前已成为生产乙撑胺(包括乙二胺(EDA),哌嗪(PIP)等)的主要工艺.MEA催化胺化通常在过渡金属催化剂上进行,如Ni基催化剂,反应过程遵循"借氢机理",经历了"脱氢-缩合胺化-加氢"三个过程.目前,关于MEA胺化催化剂的研究主要以专利为主,据我们所知,对于催化剂金属颗粒尺寸和胺化性能之间的构效关系的研究极少,特别是对于金属粒径对胺化产物分布的影响,目前还未见报道.因此,本文的目的是合成具有不同Ni颗粒尺寸的Ni-Re/SiO_2催化剂,通过滴流床反应器评价,研究颗粒尺寸对MEA胺化活性和产物分布的影响.采用控制催化剂焙烧和还原条件的方法,制备了四种不同Ni粒径的Ni-Re/SiO_2催化剂;随后采用N_2物理吸附, H_2程序升温还原, X射线衍射, H_2化学吸附,光电子能谱,红外吸收光谱等对催化剂的孔结构、还原性、粒径分布、金属Ni活性比表面、分散度、表面Ni位点类型和电子性质进行研究.MEA催化胺化反应在滴流床反应器上进行,反应条件为170oC, 8.0 MPa, MEA液时空速0.5h~(–1), NH_3:MEA摩尔比10:1, H_2含量2.5 mol%.表征结果证明,成功制备了具有不同Ni粒径,且尺寸分布集中的Ni-Re/SiO_2催化剂, Ni粒径分别为4.5, 10.5, 14.6, 18.0nm.评价结果表明, Ni颗粒4.5 nm的Ni-Re/SiO_2催化剂具有最高的活性, MEA转化率高达85.7%, EDA和PIP收率为66.4%,优于以往专利文献所报道的值.结合表征结果分析,这是由于Ni-Re/SiO2 (4.5 nm)上的Ni粒径小,分散度高,因此Ni活性比表面积大,为胺化反应提供了充足的催化位点.进一步深入研究了Ni颗粒尺寸对MEA胺化反应的影响,发现随着Ni粒径增加,底物MEA的转换频率(TOF)从193 h~(–1)增加到253 h~(–1),表明大颗粒有利于胺化反应.此外,随着粒径增加,产物中伯胺和仲胺的摩尔比从1.0增加到2.0,产物EDA的TOFEDA值由63 h~(–1)增加到119 h~(~(–1)),表明Ni粒径变化影响了MEA胺化反应途径和产物分布,增大粒径有利于EDA的生成,从而提高了产物中的伯:仲胺之比.实验结果证明, Ni-Re/SiO2催化剂粒径影响了颗粒表面Ni的配位环境,从而改变了表面的电子结构.增大Ni粒径可提高面位点Ni的比例和表面电子云密度,导致中间产物容易从Ni表面脱附,从而有利于促进反应初始阶段MEA与NH_3的胺化,提高EDA选择性.     

Liquid-phase hydroamination of cyclohexanone

Activity and selectivity of supported Ni, Pt, and Pd catalysts were studied in the liquidphase reductive amination of cyclohexanone at temperatures ranging from 100 to 150 °C. The catalyst 20% Ni/SiO₂ is most active and selective providing a maximum yield of cyclohexylamine. The influence of the reaction conditions on the parameters of the catalytic process was studied. A detailed analysis of the reaction products was carried out using ¹³C NMR spectroscopy and gas chromatography coupled with mass spectrometry (GC-MS). This made it possible to refine the reaction mechanism and to identify a new by-product earlier unknown in the literature.     

Autothermal reforming of methane over Ni catalysts supported over ZrO2-CeO2-Al2O3

Ni catalysts supported on Al2O3, ZrO2-Al2O3, CeO2-Al2O3 and ZrO2-CeO2-Al2O3 were prepared by coprecipitation method, and their catalytic performances for autothermal reforming of methane to hydrogen were investigated. The Ni-supported catalysts were characterized by XRD, TPR and XPS. The relationship between the structures and catalytic activities of the catalysts was discussed. The results showed that the catalytic activity and stability of the Ni/ZrO2-CeO2-Al2O3 catalyst was better than those of other catalysts with the highest CH4 conversion, H2/CO and H2/COx ratio at 750 ℃. The catalyst showed a little deactivation along the reaction time during its 72 h on stream with the mean deactivation rate of 0.08%/h. The catalytic performance of the Ni/ZrO2-CeO2-Al2O3 catalyst was also affected by reaction temperature, no2 ： nCH4 molar ratio and nH2O ： nCH4 molar ratio. TPR, XRD and XPS measurements indicated that the formation of ZrO2-CeO2 solid solution could improve the dispersion of NiO, and inhibit the formation of NiAl2O3, and thus significantly promoted the catalytic activity of the Ni/ZrO2-CeO2-Al2O3 catalyst.     

Cu/ZrO2催化剂上乙醇水蒸气重整反应的研究Ⅰ催化剂性能及其制备参数的影响

研究了Cu/ZrO2催化剂在乙醇水蒸气重整反应中的催化性能。用常规沉淀法、醇凝胶法制备了ZrO2载体;用浸渍法或共沉淀法制备了Cu/ZrO2催化剂。考察了ZrO2载体的制备方法以及Cu/ZrO2的制备参数对催化剂性能的影响。采用BET、XRD、TEM及XRF等方法对催化剂的比表面积、孔容、晶相、表面形貌以及活性组分等进行了表征。同时,制备并比较了Ni/ZrO2、Cu/10MgO-90ZrO2和Cu/10CaO-90ZrO2催化剂的性能,考察了活性组分Cu、Ni的差异以及ZrO2载体的影响。在Cu/ZrO2催化剂(Cu的质量分数为8%)上,500 ℃~600 ℃乙醇转化率达到98%~100％、H2选择性为2.0~2.6（摩尔比）。 Cu/ZrO2与Ni/ZrO2机械混合有助于H2选择性的提高。在催化剂载体中添加MgO、CaO碱性物质可以使H2选择性提高1.3倍~2.0倍。浸渍法制备的Cu/ZrO2催化剂的性能优于共沉淀法。     

Reductive amination of cyclohexanol/cyclohexanone to cyclohexylamine using SBA-15 supported copper catalysts

Amination of cyclohexanol was investigated in vapour phase over copper catalysts supported on mesoporous SBA-15. The different products identified during reductive amination of cyclohexanol reaction were cyclohexanone, cyclohexylamine, along with small amounts of N-Cyclohexylidinecyclohexylamine and dicyclohexylamine. Among several catalysts tested for the reductive amination, 5% Cu supported on SBA-15 exhibited better catalytic performance than other catalysts with 36% selectivity towards cylclohexylamine at 80% cyclohexanol conversion. The optimum reaction conditions employed to achieve the best catalyst performance were at 250 °C, 0.1 MPa of H₂/NH₃, TOS-10h. The active Cu sites, acidity of the catalyst, and effect of reaction parameters play a pivotal role in the reductive amination reaction. The prepared catalysts were characterized by XRD, BET, SEM, H₂-TPR and NH₃-TPD. The dispersion of Cu, particle size, and metal surface area (m²/g) calculated from pulse N₂O decomposition method. TPR findings reveal the presence of substantially dispersed copper oxide species at lower loadings which is easily reducible than the bulk copper oxide species found at higher Cu loadings. The acidity measurements by NH₃-TPD analysis suggest that the maximum acidic strength was obtained at 5 wt% copper on porous SBA-15, and decreased with Cu loadings. The catalytic properties are well in agreement with the findings of catalysts characterization.     

氧化锆担载镍甲烷干重整催化剂的载体形貌效应

煤层气是储量十分丰富的煤炭伴生资源,也是煤炭开采中最大的安全隐患之一,同时还是重要的温室气体.研究煤层气的高效、清洁资源化利用具有资源和环境双重意义.因此,世界主要产煤国均十分重视煤层气的开发和利用.煤层气的主要成分是甲烷,目前主要通过两种方式实现其资源化利用:(1)直接转化,主要通过氧化偶联、催化氧化官能团化或脱氢芳构化等途径将其转化为高碳烃、含氧化合物及芳烃等;(2)间接转化,甲烷首先经催化重整反应制取合成气,而后再经Fischer-Tropsch合成、甲醇化和氢甲酰化等过程来合成饱和烃、烯烃、甲醇及其他含氧化物.对于前者,由于热力学限制,反应收率很低,应用前景较差,而经由合成气这一平台产物的间接转化路线被认为是一条甲烷资源化利用颇具工业前景的转化路线.因此,甲烷催化重整制合成气备受关注.研究表明,贵金属具有较好的甲烷重整催化性能,但其储量有限、价格昂贵的内在缺陷不利于甲烷大规模转化和资源化利用.Ni基催化剂具有与贵金属可比的催化活性和选择性,且其储量丰富,价格低廉,因此在甲烷重整反应中备受青睐.但是,相对于贵金属,Ni基催化剂易于积碳和烧结失活,这已成为制约其大规模工业化应用的瓶颈.迄今,大量文献报道关注如何提高Ni基催化剂的催化稳定性.而载体形貌调控是调节负载型催化剂的有效途径.本文开展了用作载Ni催化剂的氧化锆载体的形貌调控研究,以期可以有效调节载Ni催化剂的物化性质,进而调控载Ni催化剂的甲烷重整催化性能.采用水热法成功制备了松球状和鹅卵石状的单斜相氧化锆载体,进一步负载镍,制备了载镍催化剂,用于甲烷重整制合成气反应.具有分级结构的松球状氧化锆载Ni催化剂(Ni/ZrO2-ipch)展示出比鹅卵石状氧化锆和常规氧化锆纳米粒子载Ni催化剂显著好的催化活性和稳定性.采用XRD、N2吸附、TEM、H2-TPR、CO化学吸附、CO2-TPD、XPS和TGA等手段研究了松球状氧化锆载Ni催化剂高催化活性和稳定性的原因和机制.发现,其较高的催化活性主要归因于高的Ni分散度、改善的可还原性、促进的氧流动性以及较多的碱性位和较强的碱性,这些物化性质依赖于氧化锆载体的独特形貌.分级结构的松球状氧化锆载Ni催化剂高的甲烷重整催化稳定性主要源于催化剂的高抗烧结、抗积碳性能.加强的金属载体效应和介孔限域效应可以阻止金属Ni的高温烧结,而优良的抗积碳稳定性主要源于催化剂良好的氧流动性、较多的碱性位、较强的碱性以及小的Ni粒子尺寸.鉴于分级结构松球状氧化锆载Ni催化剂高的催化活性和优良的抗积碳、抗烧结稳定性,该催化剂用于甲烷重整制合成气具有广阔前景.而所制备的分级结构松球状氧化锆由于具有独特的结构和优良的热稳定性,可以作为性能优良的载体用于其他反应,尤其对于高温转化过程可望表现出明显优势.     

锰助剂对Co／ZrO2超细催化剂F—T合成性能的影响

制备了以气凝胶超细ＺｒＯ２为载体的Ｃｏ／ＺｒＯ２及Ｃｏ－ＭＺｒＯ２催化剂；考察了Ｍｎ助剂对Ｃｏ／ＺｒＯ２催化剂结构、织构１还手、Ｈ２脱附及Ｆ－Ｔ合成性能的影响。结果表明，１５％Ｃｏ－４．７％Ｍｎ／ＺｒＯ２是合成重质烃（Ｃ２）的合适催化剂，每立方米合成气的Ｃ５收率可达１５０ｇ。     

Reductive amination of 1,6-hexanediol with Ru/Al_2O_3 catalyst in supercritical ammonia

Hexamethylenediamine(HMDA) is an important reagent for the synthesis of Nylon-6,6, and it is usually produced by the hydrogenation of adiponitrile using a toxic reagent of hydrocyanic acid. Herein, we developed an environmental friendly route to produce HMDA via catalytic reductive amination of 1,6-hexanediol(HDO) in the presence of hydrogen. The activities of several heterogeneous metal catalysts such as supported Ni, Co, Ru, Pt, Pd catalysts were screened for the present reaction in supercritical ammonia without any additives. Among the catalysts examined, Ru/Al_2O_3 presented a high catalytic activity and highest selectivity for the desired product of HMDA. The high performance of Ru/Al_2O_3 was discussed based on the Ru dispersion and the surface properties like the acid-basicity. In addition, the reaction parameters such as reaction temperature,time, H_2 and NH_3 pressure were examined, and the reaction processes were discussed in detail.     

制备条件对Ni/ZrO2-SiO2催化剂煤气甲烷化的影响

采用浸渍法制备了ZrO₂-SiO₂复合载体和Ni质量分数为6%的Ni/ZrO₂-SiO₂催化剂,考察了载体制备时浸渍溶液pH值、焙烧温度和催化剂制备时的焙烧温度对Ni/ZrO₂-SiO₂催化剂煤气甲烷化反应性能的影响。采用X射线衍射、程序升温还原和扫描电子显微镜等方法对催化剂进行了表征。结果表明,载体浸渍溶液pH值为8.0～9.0, 载体焙烧温度为550 ℃,催化剂焙烧温度为450 ℃时,Ni/ZrO₂-SiO₂催化剂在煤气甲烷化反应中显示了最优的催化性能,CO转化率100%,CO₂转化率1.8%,CH₄生成速率16.6 mmol/(h·g)。进一步表征发现,制备ZrO₂-SiO₂复合载体时,增大浸渍溶液的pH值有利于形成粒径较小的亚稳态四方晶相ZrO₂,可见四方晶相ZrO₂更有利于甲烷化反应;载体焙烧温度会影响到NiO粒径的大小和其在催化剂表面的分散,温度过高和过低都会导致NiO粒径大小的不适宜以及分散性的降低;催化剂焙烧温度过高则会导致NiO与载体间的相互作用减弱,NiO分散性降低。     

Effect of preparation method on the catalytic performance of Ni/H-ZSM-5 for the reductive deoxygenation of cyclohexanone

The effect of the impregnation and co-precipitation-kneading methods on the catalytic performance of the Ni/H-ZSM-5 catalyst was evaluated via catalytic reductive deoxygenation of cyclohexanone in a fixed bed. The catalysts were characterized by X-ray diffraction, nitrogen adsorption, and NH₃-temperature programmed desorption. A sharply acidic and textural change was observed on the catalysts prepared by the different methods, while the metal active phase structure was almost the same. The results of the cyclohexanone reductive deoxygenation reaction indicated that the catalyst based on the co-precipitation-kneading method afforded a higher yield of cyclohexane, and thus proved that the co-precipitation-kneading method is suitable for the preparation of a bi-functional catalyst.