程序升温热脱附法研究HZSM-5和HM分子筛的酸性质

程序升温热脱附法测定HZSM-5和HM分子筛吸附氨的程脱谱均有两个峰。HZSM-5的峰Ⅰ和峰Ⅱ的T_M分别为199和418℃,HM的为207和526℃,它们代表了两种强弱不同的吸附中心。通过分析脱附的氨量,计算了强弱两种吸附中心数,并与两种分子筛中所含的理论酸中心数作了比较,得到了与两个峰相应的酸中心性质的信息。 另外用电子计算机模拟热脱附曲线的方法,测定了HZSM-5和HM分子筛上氨的脱附活化能E_d与覆盖度θ的函数关系,提出用E_d和E_d～θ表征酸强度和酸强度分布。结果表明:HM的强酸中心的强度较HZSM-5强,而且酸强度分布更不均匀。但两种分子筛的弱酸中心的性质从能量上看很相似,也较强酸中心均匀。     

脱铝丝光沸石的酸性及其催化性能研究

用高温水蒸汽处理及酸洗的两步法,制备了硅铝比为15.8—186的脱铝丝光沸石(DHM)由NH_3的TPD和吸附吡啶红外光谱研究了各种DHM的酸中心数、酸强度以及B和L酸中心随丝光沸石脱铝的变化规律。用脉冲微反技术研究了芳烃在DHM上的反应活性和选择性,并将酸性与催化性能同沸石的微观结构进行了关联,发现随着脱铝,酸性逐渐变弱,与骨架铝T(1)关联的酸中心强度最强,与T(2)关联的其次,与T(4)关联的较弱,与T(2)和T(4)相关的酸中心分别是甲苯歧化和二甲苯异构化的活性中心,某些芳烃反应所需的酸强度顺序为甲苯脱烷基>甲苯歧化>二甲苯歧化>二甲苯异构化。     

微型色谱装置测定氢型丝光沸石的活性中心

催化专业的学生在课堂上已经学过怎样来评价催化剂的优劣,什么是催化剂的活性中心,以及怎样来测量其活性中心数等基本概念.为了使同学对学过的知识有进一步的理解和巩固,我们设计了使用脉冲微型反应器(微反)对氢型丝光沸石(HM)上的甲苯歧化反应活性进行评价,用吡啶中毒法测定沸石的活性中心数的实验.在近几年的教学中收到了较好的效果.     

气相色谱法研究H型丝光沸石对甲苯的吸附性质及其催化活性

本文用脉冲色谱技术,在接近反应条件的高温下,研究了H型丝光沸石(HM)对甲苯的吸附性质,测得了不同焙烧温度的HM对甲苯的比保留体积和吸附热。说明焙烧温度未改变HM对甲苯的吸附能量和吸附表面积,而只改变了沸石单位面积上的吸附中心数目。并从实验结果看出,焙烧温度对HM的甲苯歧化活性的影响与比保留体积随焙烧温度的变化趋势颇为相似。     

用TG/DTG/DTA研究硅沸石与有机分子的主体/客体相互作用

用TG/DTA/DTA法研究无阳离子与Si-OH缺陷、结构完美的硅沸石上烃类、烷基醇、烷基胺的热脱附行为。有机分子从硅沸石上脱附的温度低于300℃。其亲和性值AT=Td-Tb, 式中Td为有机分子在DTG上的失重峰温, Tb为该有机物在标准压力下的沸点。饱和烷烃的AT值为60~90, 而苯、甲苯、对二甲苯等的AT值为6~13。电负性较强的羟基使烷基醇与硅沸石的亲和性明显下降。多羟基醇的AT值为负值。对二甲苯、烷基醇、烷基胺在脱附时有明显吸热效应。AT值及脱附热效应的不同是硅沸石骨架O^2^-微孔表面与有机分子C-H基团, 其它极性基团之间相互作用不同, 以及受到硅沸石骨架空间限制的被吸附分子间缔合情况下同所致, 反应了不同类型的主体/客体超分子相互作用。     

用TG/DTG/DTA研究硅沸石与有机分子的主体/客体相互作用

用TG/DTG/DTA法研究无阳离子与Si—OH缺陷、结构完美的硅沸石上烃类、烷基醇、烷基胺的热脱附行为.有机分子从硅沸石上脱附的温度低于300℃其亲和性值A_T=T_d-T_b,式中T_d为有机分子在DTG上的失重峰温,T_b为该有机物在标准压力下的沸点.饱和烷烃的A_T值为60～90,而苯、甲苯、对二甲苯等的A_T值为6～13.电负性较强的羟基使烷基醇与硅沸石的亲和性明显下降.多羟基醇的A_T值为负值.对二甲苯、烷基醇、烷基胺在脱附时有明显吸热效应.A_T值及脱附热效应的不同是硅沸石骨架0~(2-)微孔表面与有机分子C—H基因,其它极性基因之间相互作用不同,以及受到硅沸石骨架空间限制的被吸附分子间缔合情况不同所致,反应了不同类型的主体/客体超分子相互作用.     

苯、乙烯和乙苯在HZSM－5及其负载Co，Zn的催化剂上的吸附和脱附行为

用ＴＰＤ（程序升温脱附）和ＴＰＳＲ（程序升温表面反应）技术研究了苯、乙烯和乙苯在ＨＺＳＭ－５及其负载Ｃｏ、Ｚｎ的催化剂上的吸附和脱附行为．结果表明，苯的ＴＰＤ峰皆为弥散的单峰．乙烯在ＨＺＳＭ－５及Ｚｎ／ＨＺＳＭ－５催化剂上发生二聚、歧化和芳构化反应，在Ｚｎ／ＨＺＳＭ－５上乙烯的二聚和歧化反应能力减弱，芳构化能力增强．苯和乙烯ＴＰＳＲ行为与吸附苯和乙烯的先后顺序有很大关系，主要产物是甲苯、乙苯和苯乙烯等．乙苯在各种催化剂上发生裂解和脱氢反应．结合活性评价结果，对苯和乙烯在催化剂上直接生成苯乙烯的途径进行了探讨．     

氟氯有机化合物对分子筛催化剂的改性——Ⅱ.CF_3Cl对分子筛催化剂的改性研究

用XRD,IR,XPS和TPD等方法,考察了用CF_3Cl处理的一系列含氟量不同的HZSM-5,HM分子筛的结构和表面性质的变化。结果表明,改性后催化剂的表面与体相有脱铝现象,并有新物相生成。少量氟的掺入可提高酸中心的强度,使中等强度B酸中心数增加。改性后的HZSM-5和HM对甲苯歧化反应的活性和稳定性都有所改善。     

丝光沸石-氧化铝双组元负载钼催化剂上的1-丁烯歧化反应

在固定床反应器上考察了氢型丝光沸石(HM)-氧化铝双组元负载MoO3催化剂上的1-丁烯歧化反应性能,通过氨程序升温脱附、X射线衍射和氢程序升温还原对样品进行了表征.实验结果表明,在110℃,0·1MPa,WHSV=1·5h-1及TOS=1h的反应条件下,MoO3没有歧化反应活性.Al2O3,HM-Al2O3和HM载体上只生成异构产物,并且载体酸性越强,异构产物越多.MoO3/HM几乎没有歧化活性,而MoO3/Al2O3催化剂上生成了一定量的歧化产物,且各产物收率相近.MoO3/HM-Al2O3具有最高的歧化活性,1-丁烯转化率为84·9%,丙烯和戊烯收率分别为28·5%和20·6%.催化剂本身的酸性和载体表面Mo物种存在状态是影响1-丁烯歧化制丙烯反应性能的两个关键因素.     

法拉第吸脱附偶联过程循环伏安行为的有限元分析

法拉第吸脱附偶联过程的电化学行为较为复杂,难以定量获得其表界面反应动力学信息. 本文通过COMSOL有限元软件对法拉第吸脱附偶联过程的循环伏安行为进行数值分析,研究了反应物或产物不同吸附条件下的循环伏安行为. 结果表明：当反应物或产物弱吸附时,可通过阴、阳极峰电流之差实现饱和吸附量的定量表征. 随着吸附平衡常数的增大,反应由弱吸附向强吸附过渡,峰电流由扩散峰与吸脱附峰相互重叠过渡到相互分离的吸脱附“前波”或“后波”特征. 该吸脱附特征峰的形状和位置与电势依赖的吸附平衡常数有关. 吸附平衡常数及其电势依赖程度越大,吸脱附峰偏离扩散峰越远,吸脱附峰越尖锐. 该模型为法拉第吸脱附偶联过程的循环伏安研究提供了一种定量研究方法,能够帮助研究者从复杂的吸脱附伏安行为中定量获得饱和吸附量和吸附平衡常数等信息,并对涉及吸脱附的电催化研究具有一定指导意义.     

甲苯歧化和C_9芳烃烷基转移沸石催化剂的研究与开发进展(英文)

综述了Ｔａｔｏｒａｙ、ＭＴＤＰ、Ｓ－ＴＤＴ、Ｔｒａｎｓ－Ｐｌｕｓ、ＰＸ－Ｐｌｕｓ和ＭＳＴＤＰ甲苯歧化与Ｃ９芳烃烷基转移或甲苯选择性歧化工艺所用各种催化剂的开发应用情况。探讨了ＺＳＭ－５、Ｂｅｔａ、ＭＣＭ－２２、Ｏｍｅｇａ、ＳＡＰＯ及改性Ｙ等各种沸石催化甲苯歧化与Ｃ９芳烃烷基转移或甲苯选择性歧化的研究动向和最新进展。     

HZSM-5催化甲苯和甲醇烷基化反应机理的密度泛函理论研究

对二甲苯(PX)是重要的有机化工原料,主要用于生产对苯二甲酸(PTA)和对苯二甲酸二甲酯(DMT), PTA和 DMT可经缩聚生产化纤、合成树脂和塑料等聚酯产品. PX主要通过甲苯歧化、二甲苯异构化或甲苯与 C9芳烃烷基转移等方式生产.由于三种二甲苯和乙苯的沸点接近,需要经过吸附分离或深冷分离才能得到高纯度的 PX,传统工艺物料循环量大,设备庞大,操作费用高.而通过甲苯和甲醇烷基化反应直接高选择性生成 PX,可大大降低成本,具有非常高的经济效益和研究价值.自1970年代以来,国内外众多科研院所对甲苯和甲醇烷基化催化剂进行了广泛研究,但催化剂选择性和稳定性仍需进一步提高.为了加深对甲苯和甲醇烷基化反应的认识,指导催化剂开发,有必要对甲苯和甲醇烷基化生成二甲苯的反应机理进行深入研究.当前甲苯和甲醇烷基化机理研究主要存在以下问题：(1)计算得到的能量多为电子能,而非自由能;(2)所采用的模型多为团簇模型,使用 ONIOM方法,对长程作用力描述不充分;(3)认为甲苯只有一种吸附状态;(4)没有考虑偕烷基化反应.本文采用周期性模型,通过密度泛函理论研究了 HZSM-5分子筛上甲苯和甲醇烷基化反应机理,通过计算熵得到了反应自由能,并考虑了偕烷基化反应.由于甲基的存在,在甲苯的吸附态中,甲基会伸向孔道的不同方向,因此我们认为甲苯有多种吸附态,而不同的吸附态会生成不同的二甲苯.结果表明,甲苯可以在对位、间位、邻位和偕位上通过协同机理或分步机理发生烷基化反应.在协同机理中,甲苯在对位、间位、邻位和偕位发生烷基化反应的自由能垒分别为167,138,139和183 kJ/mol.在分步机理中,甲醇脱水生成甲氧基的自由能垒为145 kJ/mol,是决速步骤;而甲苯和甲氧基对位、间位、邻位和偕位烷基化的自由能垒分别为127,105,106和114 kJ/mol.两种机理中 PX的生成能垒均比 MX和 OX高,与文献报道的结果不同.文献均认为, PX的生成能垒最低.一方面这可能是由于所采用模型的不同,本文采用周期性模型,能更充分考虑长程作用力的影响;另一方面可能是由于对甲苯吸附态的不同处理,我们认为甲苯有多种吸附态,不同的吸附态会生成不同的二甲苯,而文献均只考虑了一种甲苯吸附态.但是,在实验中, PX选择性最高.这可能是由于：(1) PX在 HZSM-5孔道的扩散速率比 MX和 OX高2–3个数量级;(2)甲苯和甲醇烷基化生成的 MX和OX迅速发生异构化反应生成 PX,异构化反应速率高于甲苯烷基化速率.两种机理中, C8H11+都是重要的中间物种,它可以反馈一个质子给分子筛骨架,生成二甲苯;也可以脱烷基生成甲烷和乙烯等气相产物.研究发现,甲烷的生成是由于 C8H11+物种中的一个 H质子从苯环上的碳原子转移到甲基上的碳原子造成的,计算得到的对位、间位和邻位 C8H11+生成甲烷的能垒分别为136,132和134 kJ/mol.由于十元环孔道的限制, HZSM-5孔道中很难通过甲苯歧化反应生成苯;偕烷基化生成的碳正离子有可能脱烷基生成乙烯和乙烷等产物,进而生成苯.碳正离子脱烷基反应生成了大量气相产物,造成反应液收降低.碳正离子脱烷基反应与甲醇制烯烃过程的烃池机理相一致,因此甲苯和甲醇烷基化反应也遵循烃池机理.     

一级脱附反应TPD谱的峰高、峰温与脱附活化能的关系

提出了一种从一级脱附反应TPD谱的峰高, 峰温求脱附活化能的方法——查表法。给出了h_m、T_m和E_d之间的关系表。对T_n在200—1100 K, E_d在20-220 kJ mol~(-1)范围内的一级脱附反应体系, 均可据表用内插法求得E_d值, 相对误差在1％以内。     

HZSM-5催化甲苯和甲醇烷基化反应机理的密度泛函理论研究（英文）

对二甲苯(PX)是重要的有机化工原料,主要用于生产对苯二甲酸(PTA)和对苯二甲酸二甲酯(DMT),PTA和DMT可经缩聚生产化纤、合成树脂和塑料等聚酯产品.PX主要通过甲苯歧化、二甲苯异构化或甲苯与C9芳烃烷基转移等方式生产.由于三种二甲苯和乙苯的沸点接近,需要经过吸附分离或深冷分离才能得到高纯度的PX,传统工艺物料循环量大,设备庞大,操作费用高.而通过甲苯和甲醇烷基化反应直接高选择性生成PX,可大大降低成本,具有非常高的经济效益和研究价值.自1970年代以来,国内外众多科研院所对甲苯和甲醇烷基化催化剂进行了广泛研究,但催化剂选择性和稳定性仍需进一步提高.为了加深对甲苯和甲醇烷基化反应的认识,指导催化剂开发,有必要对甲苯和甲醇烷基化生成二甲苯的反应机理进行深入研究.当前甲苯和甲醇烷基化机理研究主要存在以下问题:(1)计算得到的能量多为电子能,而非自由能;(2)所采用的模型多为团簇模型,使用ONIOM方法,对长程作用力描述不充分;(3)认为甲苯只有一种吸附状态;(4)没有考虑偕烷基化反应.本文采用周期性模型,通过密度泛函理论研究了HZSM-5分子筛上甲苯和甲醇烷基化反应机理,通过计算熵得到了反应自由能,并考虑了偕烷基化反应.由于甲基的存在,在甲苯的吸附态中,甲基会伸向孔道的不同方向,因此我们认为甲苯有多种吸附态,而不同的吸附态会生成不同的二甲苯.结果表明,甲苯可以在对位、间位、邻位和偕位上通过协同机理或分步机理发生烷基化反应.在协同机理中,甲苯在对位、间位、邻位和偕位发生烷基化反应的自由能垒分别为167,138,139和183 kJ/mol.在分步机理中,甲醇脱水生成甲氧基的自由能垒为145 kJ/mol,是决速步骤;而甲苯和甲氧基对位、间位、邻位和偕位烷基化的自由能垒分别为127,105,106和114 kJ/mol.两种机理中PX的生成能垒均比MX和OX高,与文献报道的结果不同.文献均认为,PX的生成能垒最低.一方面这可能是由于所采用模型的不同,本文采用周期性模型,能更充分考虑长程作用力的影响;另一方面可能是由于对甲苯吸附态的不同处理,我们认为甲苯有多种吸附态,不同的吸附态会生成不同的二甲苯,而文献均只考虑了一种甲苯吸附态.但是,在实验中,PX选择性最高.这可能是由于:(1)PX在HZSM-5孔道的扩散速率比MX和OX高2–3个数量级;(2)甲苯和甲醇烷基化生成的MX和OX迅速发生异构化反应生成PX,异构化反应速率高于甲苯烷基化速率.两种机理中,C_8H_(11)~+都是重要的中间物种,它可以反馈一个质子给分子筛骨架,生成二甲苯;也可以脱烷基生成甲烷和乙烯等气相产物.研究发现,甲烷的生成是由于C_8H_(11)~+物种中的一个H质子从苯环上的碳原子转移到甲基上的碳原子造成的,计算得到的对位、间位和邻位C_8H_(11)~+生成甲烷的能垒分别为136,132和134 k J/mol.由于十元环孔道的限制,HZSM-5孔道中很难通过甲苯歧化反应生成苯;偕烷基化生成的碳正离子有可能脱烷基生成乙烯和乙烷等产物,进而生成苯.碳正离子脱烷基反应生成了大量气相产物,造成反应液收降低.碳正离子脱烷基反应与甲醇制烯烃过程的烃池机理相一致,因此甲苯和甲醇烷基化反应也遵循烃池机理.     

丁烯-1在MoO3.Bi2O3.P2O5/SiO2催化剂上的程序升温脱附

本文采用程序升温脱附技术,考察了MoO_3·Bi_2O_3·P_2O_5/SiO_2催化剂晶格氧的逸出和丁烯-1在催化剂上的程序升温脱附特性和表面反应。 实验结果表明:程序升温脱附峰T_M值随丁烯-1吸附量的增加而逐渐增高。从脱附物组成的色谱分析证实,在程序升温脱附过程中吸附的丁烯-1在表面晶格氧参与下发生复杂的催化反应,不单有丁烯异构物、聚合物、丁二烯,还有含氧化合物的生成。丁烯1和其产物的总包脱附活化能随丁烯-1吸附量的增加而增大。采用在不同脱附温度下切割程序升温脱附溜出物和改变程序升温脱附前的抽空条件然后进行色谱分析,初步对丁烯-1在催化剂上的表面反应活性中心进行了分类,并估算了各类反应中心的数目。当温度低于120℃时,发生异构化和双聚反应,高于120℃时有显著的氧化和氧化脱氢反应。还从吸附等温线计算了不同复盖度时丁烯的等容吸附热。并根据本文实验结果和松浦等从经典吸附法求得的丁烯吸附热值进行了讨论。     

近临界下HZSM-5催化的甲苯歧化反应

用高压观测池通过可视观测确定了苯、甲苯和对二甲苯等二元系及三元系的临界性质以及甲苯歧化反应混合物临界性质随着反应进程的变化规律；在此基础上，分别研究了近临界区以及高温下以HZSM-5为催化剂的甲苯歧化反应。结果发现，在近临界区甲苯歧化反应的对二甲苯选择性最高，随温度的升高甲苯转化率明显增加，对二甲苯选择性下降。高温下压力对对二甲苯选择性没有影响，转化率随压力升高而提高。     

固体核磁共振技术在固体酸催化剂表征及催化反应机理研究之应用进展

固体酸催化剂广泛应用于现代石油与化学工业中,其反应活性与其酸性密切相关.与传统的酸性表征方法(红外光谱、程序升温脱附、滴定等)相比,利用先进的探针分子技术、双共振和二维相关谱等核磁共振(NMR)技术可以获取固体催化剂酸种类、酸分布、酸浓度和酸强度等完整信息.同时,原位固体NMR实验可跟踪反应分子在催化剂活性中心吸附状态和转换的中间体物种,为揭示反应机理提供了最直接的实验证据.本文详细介绍了固体NMR的原理和一系列相关新技术,着重综述了固体NMR技术在酸催化剂结构、活性中心特性以及催化反应机理方面的应用进展.     

CO在Pt/A12O3催化剂上歧化的研究

利用程序升温脱附(TPD)和差分红外光谱方法研究了CO在Pt/Al_2O_3上的吸附和脱附。发现CO在Pt/A1_2O_3上的TPD谱存在一系列的极大值,由TPD气相产物的组成分析证明除了CO外,尚有CO_2。从差分红外光谱研究发现CO在Pt/Al_2O_3上被吸附时,随温度升高发生歧化反应,生成的CO_2同Al_2O_3表面形成一系列的羧基、羧化物、碳酸盐吸附态,它们的热稳定性不同,热脱附时产生的CO_2则是由这些吸附态脱附而形成的。TPD图谱中的一系列的极大值同这些吸附态的脱附有关。     

苯、乙烯和乙苯在HZSM-5及其负载Co,Zn的催化剂上的吸附和脱附行为

用ＴＰＤ和ＴＰＳＲ技术研究了苯，乙烯和乙苯在ＨＺＳＭ－５及其负载Ｃｏ、Ｚｎ的催化剂上的吸附和脱附地为。结果表明，苯的ＴＰＤ峰皆为弥散的单峰。乙烯在ＨＺＳＭ－５及Ｚｎ／ＨＺＳＭ－５催化剂上发生二聚、歧化和芳构化反应，在Ｚｎ／ＨＺＳＭ－５上乙烯的二聚和歧化反应能力减弱，芳构化能力增强。     

氢型丝光沸石的酸性质

盐酸交换的氢型丝光沸石(HM),经400℃煅烧,室温吸附吡啶后,在低于400℃温度下进行脱附.吡啶在Lewis酸,Brönsted酸位置的光吸收,随脱附温度有线性变化.Lewis酸光吸收增强,Brönsted酸光吸收减弱.从光吸收改变量直接求得两种酸的消光系数比值ε_1460厘米-1^L/ε_1545厘米-1^B=1.44±0.10.用脉冲色谱中毒技术,测定吡啶吸附总量后,可得到摩尔消光系数ε^L=4.87厘米/微摩尔ε^B=3.38厘米/微摩尔采用上述方法,测定了HM表面上的酸分布.结果表明:Brönsted酸的浓度随煅烧温度的增加而下降,甲苯歧化的活性只与Brönsted酸的存在有关.