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正封面:傅尧等报道了使用Cu/SBA-15-SO_3H催化剂实现了从木糖一锅法制备糠醇,共同存在的磺酸酸性位点和铜金属位点保持平衡,协同催化串联反应进行.见本期第404–414页.     

以类水滑石为前驱体的含Cu催化剂催化糠醛加氢反应

 采用共沉淀法制备了不同 Cu 含量的铜镁铝类水滑石 (Cux-MgAl), 再在 500 oC 焙烧制得 Cux-MgAlOy 催化剂. 分别考察了在 220 和 300 oC 还原时, Cu 含量对 Cux-MgAlOy 催化糠醛加氢反应性能的影响. 用 X 射线衍射、H2 程序升温还原、紫外-可见漫反射光谱和 X 射线光电子能谱等技术对催化剂进行了表征. 结果表明, 当 Cu 含量为 11.2% 时, Cu-MgAlOy 催化剂活性和稳定性较高, 糠醛加氢生成糠醇及糠醇进一步加氢脱水的催化活性中心主要是 Cu0, 而催化剂中的 CuO, MgO 和 MgAl2O4 金属氧化物具有催化糠醛与溶剂乙醇反应生成 2-二乙氧甲基呋喃的作用.     

介孔分子筛SBA-15-SO3H催化合成油酸甲酯

在成功合成出含磺酸基的介孔分子筛SBA-15-SO3H的基础上，用于油酸与甲醇的酯化反应，考察该催化剂的催化性能，结果表明：在高级脂肪酸的酯化反应中，SBA-15-SO3H催化剂的活性高于沸石分子筛，与等摩尔数的硫酸的活性接近。考察了反应条件对SBA-15-SO3H催化剂性能的影响，得到油酸与甲醇酯化反应的最佳条件：反应温度60 ℃，甲醇与油酸的原料比为2∶1（摩尔），催化剂与原料比为1.5∶35（重量）。最后对催化剂的稳定性进行了考察，反应结果认为该催化剂在重复使用过程中活性未发生明显变化，反应前后的XRD分析结果认为，SBA-15-SO3H具有较高的水热稳定性。     

铜镍双金属催化剂上糠醛水相选择性偶联加氢-重排制环戊酮

生物质资源高效催化转化制备高附加值化学品具有重要的科学意义与工业应用潜力.生物质基糠醛催化加氢-重排制备环戊酮是一条具有吸引力的"非石油"制备路线,但该过程面临副产物多、环戊酮选择性难以提高等难题,除糠醛外,中间物种也很容易发生多种聚合副反应.因此,探索中间物种聚合副反应的条件和作用机制,是提高目标产物环戊酮的选择性和收率的关键.本文制备了CuNi/Al-MCM-41双金属纳米过渡金属催化剂,通过精确调控介质水的pH值和原料浓度,实现了糠醛加氢-重排耦合制备环戊酮的高选择性和高收率.在2.0 MPa H2,160oC和近中性条件下反应5 h,糠醛的转化率为99.0％,环戊酮的选择性达到97.7％;其催化性能远远高于单组份铜或镍催化剂以及其它分子筛载体(MCM-41,SBA-15,HY,ZSM-5)负载的CuNi双金属催化剂.研究结果表明,高度分散在MCM-41上的少量Al组分,有利于Cu,Ni金属组分相互均匀分散.XPS结果表明,双金属催化剂CuNi/Al-MCM-41中Cu和Ni具有明显的电子结合能偏移,表明Ni向Cu转移电子;耦合催化反应性能的提高可能与CuNi双金属协同作用及电荷转移效应有关.傅立叶变换红外光谱和质谱结果表明,聚合副反应对反应体系的pH值敏感.在酸性条件下,中间产物糠醇在反应体系中容易发生聚合,导致糠醇重排生成3-羟基环戊烯酮的选择性降低;在碱性条件下,3-羟基环戊烯酮转化为4-羟基-环戊-2-烯酮后,容易进一步发生聚合副反应.在近中性条件下可有效避免中间体的聚合,提高加氢重排生成环戊酮的选择性.此外,降低原料糠醛的初始浓度,有利于降低聚合等副反应,能够进一步提高目标产物环戊酮的收率.本文为研制双金属纳米过渡金属催化剂以及利用双金属协同作用等方面提供新的启示,为解决生物质原料转化过程中普遍存在的聚合副反应和碳平衡降低等问题提供了新思路.     

磺酸基功能化的有序SBA-15-SO3H介孔分子筛的合成及其在苯酚叔丁基化反应中的应用

通过一步法合成了SBA-15-SO3H介孔分子筛,用XRD,TEM,低温N2吸附和吡啶吸附红外光谱等方法进行了表征,并研究了其在苯酚叔丁基化反应中的催化性能.结果表明,SBA-15-SO3H保持了母体SBA-15高度有序的六方介孔结构,具有较强的酸性和热稳定性,且在苯酚叔丁基化反应中表现较好的催化活性和2,4-二叔丁基苯酚选择性.     

糠醛气相加氢制备糠醇Cu/SiO2催化剂的失活机理研究

采用共沉淀法制备了Cu/SiO₂催化剂，在固定床反应器上评价其糠醛气相催化加氢制备糠醇的反应性能，并采用XRD、H2-TPR、ICP-OES、XPS、TG、Raman、TEM等手段对使用后的Cu/SiO₂催化剂进行表征，研究其在反应中的失活机理。在常压、反应温度140℃、质量空速2.4 h^-1、氢醛比9.7的条件下，反应5 h内糠醛转化率均高于97%；反应6-21 h，糠醛转化率从96%快速下降到32%，说明Cu/SiO₂催化剂在糠醛加氢反应中快速失活，失活的主要原因是活性组分铜的团聚烧结和催化剂表面上积炭覆盖了反应活性位。     

介孔氧化硅织构效应对铜基催化剂在草酸二甲酯催化加氢合成乙二醇反应中的影响

用沉积沉淀法合成了不同织构特征介孔氧化硅负载的铜基催化剂, 并以草酸二甲酯催化加氢合成乙二醇为探针反应考察了由不同织构特性氧化硅制备的Cu/SiO₂对催化反应性能的影响, 结果表明以具有二维规整六方孔道结构的SBA-15作为载体合成的Cu/SBA-15催化剂有最佳的催化性能. 在反应温度为473 K、压力为2.5 MPa、氢酯比为50、液时空速为0.83 h^－1的条件下, 草酸二甲酯的转化率达到100%, 并且乙二醇的选择性达到95%. 采用X射线粉末衍射、N₂低温吸附、H₂-TPR, N₂O滴定、X射线光电子能谱对系列催化剂进行了系统表征, 阐述了载体织构效应对催化性能影响的本质原因. 研究表明以具有二维规整六方孔道结构的SBA-15作为载体能够影响活性铜物种的分散度和铜物种与载体间的相互作用, 这两个为草酸二甲酯加氢合成乙二醇起关键作用的因素.     

CuCr／γ—Al2O3催化剂结构及其对糠醛加氢制糠醇的影响

Cu-CrCa系列复合氧化物催化剂用于糠醛液相加氢制糠醇已有较多报道。已知的气相加氢催化剂有低铬铜系复合氧化物,Cu/SiO_2、Cu/Al_2O_3等。我们发现CuCr/γ-Al_2O_3用于常压糠醛气相加氢制糠醇时负荷量大,活性组分用量少,加氢转化率高,选择性好。本文讨论催化剂结构对加氢反应的影响。     

高度分散的MnxOy/SBA-15的制备及其催化性能

采用溶液浸渍法将乙酰丙酮锰或硝酸锰的糠醇溶液分别灌注到SBA-15的孔道内,一定条件下将糠醇碳化后再将碳烧除,即可得到高度分散的MnxOy/SBA-15复合催化剂.用X射线衍射、透射电镜和N2吸附-脱附等手段对样品进行了表征.结果表明,SBA-15负载MnxOy后,不仅依然保持高度有序的孔道结构、较大比表面积和孔容,而且MnxOy在SBA-15孔道内部高度分散.乙苯的催化氧化反应结果表明,该催化剂尤其是用乙酰丙酮锰做锰源时具有很高的催化活性和选择性.     

SBA-15负载的Cu(Ⅱ)席夫碱配合物催化的苯乙烯氧化反应制备苯甲醛

采用一步法将原硅酸四乙酯与3-氨丙基三乙氧基硅烷在表面活性剂P123作用下,酸性共水解制备出氨基功能化的介孔分子筛SBA-15(NH2-SBA-15),再利用其中氨基与水杨醛的缩合反应制备SBA-15固载的席夫碱,该席夫碱与Cu(NO3)2溶液反应最终制成固定于SBA-15的Cu(II)席夫碱配合物多相催化剂Cu-SBA-15.采用X射线衍射、红外光谱仪、紫外可见分光光度计、场发射电镜、透射电镜、N2吸附-脱附、元素分析、原子发射光谱和热重分析对催化剂进行了表征,并将此催化剂用于无有机溶剂条件下催化氧化苯乙烯制备苯甲醛,考察了反应时间、反应温度、H2O2用量、水的用量、催化剂用量对反应的影响.当反应温度为100°C,反应时间8 h,H2O2与苯乙烯的摩尔比为2:1,不额外添加溶剂,且催化剂用量为3.8 wt%时,苯乙烯的转化率最高为84.4%,苯甲醛选择性为83.9%,催化剂的TOF值为261.1 h–1,并且重复使用3次后活性没有明显下降.规则的孔道、较大的比表面积以及分布均匀的活性中心可能是催化剂活性提高的原因.     

Cu(111)面上糠醇加氢生成2-甲基呋喃的反应机理

采用广义梯度近似的密度泛函理论并结合平板模型的方法,详细研究了糠醇在Cu(111)面上反应生成2-甲基呋喃的反应历程,优化了糠醇在Cu(111)面的吸附模型,并采用完全线性同步和二次同步变换的方法,对三种可能的反应机理中的各反应步骤进行了过渡态搜索.结果表明,糠醇主要通过支链上OH与Cu(111)面相互作用,易形成ψCH2和ψCH2O中间体(ψ代表呋喃环).糠醇进一步加氢机理很可能为:引入的氢物种明显降低了糠醇分解形成的中间体ψCH2的活化能,并促进了它的形成;中间体ψCH2更易从糠醇中获得H而生成2-甲基呋喃.该过程的控速步骤为ψCH2O*→ψCHO*+H*,活化能为199.0kJ/mol,总反应是2ψCH2OH=ψCH3+ψCHO+H2O.     

Cu-LaCoO3催化剂选择氢解生物质基糠醇制备1,5-和1,2-戊二醇

高效转化可再生生物质资源制备人类社会必需的燃料和化学品是当前关注和研究的热点之一.生物质基糠醇来源于玉米芯、甘蔗渣、秸秆等农林副产物,价廉易得,是选择氢解合成高附加值1,2-和1,5-戊二醇的理想原料.目前生物质基呋喃衍生物氢解制备二元醇的研究主要集中在Pt,Ru,Rh和Ir等贵金属催化剂,对无Cr非贵金属催化剂的研究甚少.基于纳米Cu催化剂较高的C-O键氢解活性和较低的C-C键裂解活性,以及碱性载体对反应物和反应中间体的稳定作用,我们在前期Cu-Mg3AlO4.5和Cu-Al2O3催化剂催化糠醇氢解研究基础上,以具有一定碱性的ABO3结构的钙钛矿型化合物为载体负载活性Cu开展糠醇氢解研究,深入研究催化剂结构、组成和活性金属价态等对催化剂活性和选择性影响,并研究了催化剂循环使用稳定性.首先我们采用柠檬酸一步络合法制备了一系列具有一定钙钛矿结构的不同Cu负载量(0-20 wt％)的Cu-LaCoO3催化剂以及LaCoO3负载的5 wt％Pt,Ru,Rh和Pd催化剂并考察了它们的糠醇选择氢解制备戊二醇性能.研究发现,在相同活性金属负载量(5 wt％)时,Cu-LaCoO3催化剂具有较优异的呋喃环C-O键氢解活性,而贵金属催化剂倾向于催化呋喃环C=C键加氢饱和.考察不同Cu负载量的Cu-LaCoO3催化剂催化糠醇氢解性能发现,随着Cu负载量的增加,糠醇转化率先升高后降低,在10 wt％Cu负载量时达最高(94.6％),戊二醇总选择性也随Cu负载量的增加先升高后降低,在5 wt％Cu负载量时最高(52.2％),总体以10 wt％Cu负载量催化剂表现出最优异的性能.接着我们考察了反应动力学条件如温度、压力和反应时间以及还原处理条件对10 wt％Cu-LaCoO3催化性能的影响.研究发现适当的高温(～433 K)和高压(6 MPa H2)有利于Cu-LaCoO3催化糠醇氢解制戊二醇,而低浓度氢气(5 vol％)还原有利于1,5-戊二醇的生成,高氢气浓度(纯氢)还原有利于呋喃环加氢饱和的四氢糠醇生成.10 wt％Cu负载量的催化剂经5％H2-95％N2处理后,在413 K和6 MPa H2条件下可取得100％的糠醇转化率以及55.5％的戊二醇总选择性(其中1,5-戊二醇和1,2-戊二醇的选择性之比接近3:1).进一步考察了10 wt％Cu-LaCoO3催化剂的循环使用稳定性,研究发现无论是在高初始转化率(～93.7％)还是低初始转化率(～30.5％)条件下,经多次循环使用后糠醇转化率先升高后基本保持不变,而戊二醇总选择性呈下降趋势,四氢糠醇的选择性逐渐上升.结合XRD,XPS,BET,H2-TPR,CO2-TPD,NH3-TPD和HRTEM等多种表征技术对Cu-LaCoO3催化剂的结构及在糠醇氢解反应中的活性位进行了表征,发现高分散的活性物种、合适的碱性以及部分还原的活性组分均有利于提高催化剂的活性与1,5-戊二醇的化学选择性,高分散的Cu0与部分还原的Co3O4(很可能是CoO)之间的协同催化对于取得较优异的糠醇氢解性能,尤其是较高的1,5-/1,2-戊二醇比例至关重要.     

Catalytic transfer hydrogenation of biomass-derived furfural to furfuryl alcohol with formic acid as hydrogen donor over CuCs-MCM catalyst

Catalytic transfer hydroge nation(CTH) of furfural(FF) to furfu ryl alcohol(FFA) has received great intere st in recent years.He rein,Cu-Cs bimetallic supported catalyst,CuCs(2)-MCM,was developed for the CTH of FF to FFA using formic as hydrogen donor.CuCs(2)-MCM achieved a 99.6% FFA yield at an optimized reaction conditions of 170℃,1 h.Cu species in CuCs(2)-MCM had dual functions in catalytically decomposing formic acid to generate hydrogen and hydrogenating FF to FFA.The doping of Cs made the size of Cu particles smaller and improved the dispersion of the Cu active sites.Impo rtantly,the Cs species played a favorable role in enhancing the hydrogenation activity as a promoter by adjusting the surface acidity of Cu species to an appropriate level.Correlation analysis showed that surface acidity is the primary factor to affect the catalytic activity of CuCs(2)-MCM.     

The Promotion Effect of NaCl on the Conversion of Xylose to Furfural†

Summary of main observation and conclusion In this work,the promotion effect of NaCl on the conversion of xylose to furfural in H2O was studied.it was found that xylose conversion and furfural yield increased with NaCl concentration.NaCl decreased the pH of the solution providing H+ for the acid catalytic dehydration of xylose.The formation of oligomers was determined by GPC and ESI-MS in the initial stage of reaction,especially at low temperature.Excess NaCl promoted the formation of humins in the late stage of the reaction.NaCl could also change the decomposition route of formic acid.Meanwhile,NaCl had the ability of phase separation.Combining these effects with organic solvent during the reaction could inhibit the formation of humins and increase the yield of furfural.In NaCl-H2O-THF biphasic system without other catalyst,the optimal furfural yield of 76.7% and selectivity of 77.6% were achieved at 463 K in 2 h.     

Effect of promoter on selective hydrogenation of furfural over Cu-Cr/TiO2 catalyst

The selective hydrogenation of furfural has been investigated over the titania-supported monometallic (Cu) and bimetallic (Cu–Cr) catalysts. The catalytic performances were assessed over 4 h of run length under atmospheric pressure at the hydrogen-to-hydrocarbon ratio of 10.6 and 453 K. The results represented that the level of furfural conversion over the non-promoted catalyst was very low (below 10%) while the promoted one showed considerable furfural conversion during this period (higher than 70%). However, both catalysts exhibited high durability and selectivity towards furfuryl alcohol.

     

Cr-free Co-Cu/SBA-15 catalysts for hydrogenation of biomass-derivedα-,β-unsaturated aldehyde to alcohol

Cr-free bi-metallic SBA-15-supported Co–Cu catalysts were examined in the conversion of bio-mass-derived α-, β-unsaturated aldehyde (furfural) to value-added chemical furfuryl alcohol (FOL). Co–Cu/SBA-15 catalysts with a fixed Cu loading of 10 wt% and varying Co loadings (2.5, 5, and 10 wt%) were prepared by the impregnation method. The catalysts were characterized by X-ray dif-fraction, N2 sorption, H2 temperature-programmed reduction, scanning electron microscopy, ener-gy-dispersive X-ray spectroscopy, high-resolution transmission electron microscopy, CO chemi-sorption, and inductively coupled plasma mass spectrometry. The influence of different reaction parameters such as temperature, pressure, catalyst dosage, and furfural concentration on the cata-lyst performance was evaluated. Relative to catalysts supported on amorphous silica, the current SBA-15-supported Co–Cu catalysts displayed higher performance, attaining a furfural conversion of 99% and furfuryl alcohol selectivity of 80%. The catalytic reactions were conducted in a 100-mL autoclave at 170 °C and 2 MPa H2 pressure for 4 h.     

Ru/ZrO2·xH2O催化剂催化肉桂醛选择性加氢制肉桂醇

采用共沉淀法制备了7.5%Ru/ZrO2·xH2O催化剂,运用N2物理吸附-脱附法、X射线衍射、X射线光电子能谱和高分辨透射电子显微镜等技术对催化剂进行了表征,并用于催化肉桂醛选择加氢制肉桂醇反应中,考察了温度、H2压力和溶剂对肉桂醛转化率和肉桂醇选择性的影响.结果表明,肉桂醛转化率随着温度或H2压力的升高而升高,而肉...     

Iridium-catalyzed conversion of alcohols into amides via oximes

[reaction: see text] The iridium catalyst [Ir(Cp*)Cl2]2 is effective for the rearrangement of oximes to furnish amides. The reaction has been combined with catalytic transfer hydrogenation between an alcohol and alkene to allow the conversion of alcohols into amides in a one-pot process.     

焙烧温度对CuMgAl催化剂催化糠醛气相加氢制糠醇性能的影响

采用分步沉淀过程制得质量比m(CuO)∶m(MgO)∶m(Al_2O_3)为25∶26∶49的CuMgAl类水滑石前驱体,经过不同温度焙烧制得CuMgAl-t催化剂。通过BET、热重、XRD、H_2-TPR和CO_2-TPD对催化剂进行表征,在固定床中考察CuMgAl-t催化剂催化糠醛气相加氢制糠醇的性能。结果表明,焙烧温度影响催化剂活性、稳定性及对产物的选择性,低温焙烧的催化剂经还原后可获得较多活性中心,高温焙烧的催化剂表面具有更多的碱性位,CuMgAl催化剂经450℃焙烧表面存在适宜的活性中心和碱性位。在常压、反应温度180℃、氢醛物质的量比5∶1、糠醛体积空速0.3h~(-1)的条件下,CuMgAl-450催化剂上糠醛的转化率和糠醇的选择性分别达到98.64%和97.66%。