CaO对褐煤在超临界水中制取富氢气体的影响

以褐煤在超临界水中制取富氢气体为目的,利用小型高压间歇反应装置,在Ca/C 摩尔比为0～0.60、温度450℃～680℃、压力23MPa～38MPa和停留1min～30min下,考察了小龙潭褐煤的反应特性。研究表明,CaO不仅可以固定气相中的CO2,提高H2的体积分数,而且可以提高碳转化率和气体产率。600℃、28MPa,Ca/C摩尔比为0.42时,气相产物中的CO2趋于完全固定,H2产率比无添加剂时提高2.5倍,H2体积分数为48％,其余为CH4和烃类气体。升高反应温度使CaO的催化作用更为显著, 碳转化率和气体产率（H2、CH4、烃类气体）随着反应温度的升高而逐渐增加,液相收率减少。增大反应压力可以促使煤转化率和气体产率升高,停留时间对反应的影响相对较小。以900℃热解焦为反应原料进行了气化实验,结果表明,在600℃和650℃反应5min后,碳转化率分别为8.6％和12.5％,CaO对气化反应和甲烷化反应起不同程度的催化作用。     

钯催化的脱羧基烷基化反应

钯催化的脱羧基烷基化反应是构建碳碳键特别是手性碳的有效手段,其催化活性高,反应条件温和,对映选择性好.近年来该领域取得了长足的进步.介绍了5年来钯催化的脱羧基烷基化反应,主要是钯催化的对映选择性Tsuji反应及其在天然产物合成中的应用.     

超低浓度甲烷在Cu/γ-Al2O3催化颗粒流化床中的燃烧特性

采用流化床燃烧技术,使用自制Cu/γ-Al₂O₃颗粒作为催化剂床料,实验研究了超低浓度甲烷在流化床中催化燃烧时床层温度(450~700℃)、流化风速比ω(1.5~4)、进气甲烷体积分数(0.3%~2%)等对甲烷燃烧效率的影响。结果表明,床层温度是影响甲烷催化燃烧反应的关键因素,甲烷的转化率随着床层温度的升高而增加;床层温度达到650℃时,甲烷含量低于1%的超低浓度甲烷其转化率超过95%,继续提高床层温度至700℃且控制流化风速比ω≤2可以实现甲烷的完全转化;甲烷转化率随着流化风速和进气甲烷浓度的增加而降低,当ω>3.5时,温度对甲烷转化的影响减弱,未燃烧的甲烷含量增大。动力学实验发现,床层温度较低时,催化反应受动力学控制,测得催化反应的活化能E_a为1.26×10⁵J/mol,反应级数m为0.73,当温度t>450℃时,扩散作用影响显著,反应级数增大。     

金属氧化物对十氯联苯的降解研究

分别以市售的Fe2O3、MgO和CaO为催化剂,对十氯联苯(CB209)进行了催化降解研究.结果表明,MgO对CB209的降解具有较高的活性.在反应温度为300℃,反应时间为60 min时,MgO对CB209的降解效率达到98.9%.进一步研究表明,MgO催化降解CB209的动力学符合准一级动力学反应.通过GC-MS和GC-ECD,并结合衍生化实验,检测到九氯联苯、五氯苯和四氯苯、五氯苯酚、四氯苯酚和三氯苯酚等降解产物,进而推测出MgO催化降解CB209的过程中存在相互竞争的反应路径:氧化反应、碳碳桥键断裂和加氢脱氯.     

铁催化硬脂酸选择性氢化制硬脂醇

长链脂肪酸是一种重要的生物质原料,其氢化制备的脂肪醇由于用途广泛以及市场价值不断增长,近年来引起了人们的广泛关注.报道了一例使用非均相铁催化硬脂酸选择性加氢制备硬脂醇的实例.与其他非贵金属元素(如钴和镍)相比,铁在地壳中的丰度高出3000～30000倍,价格仅为20～150分之一,因此该方法更经济,更有吸引力.催化剂是通过将铁和氮掺杂碳前驱体同时热解到氧化铝载体上制备的.制备催化剂时最佳热解温度为900℃,最佳铁的质量分数为20%.反应最佳反应温度为320℃,最佳氢气压力为4 MPa.产物随时间分布曲线表明硬脂酸在0.5 h内迅速转化为硬脂醇,收率为88.6%. 4 h后逐渐转化为十八烷,收率为90%.     

Co-Ni／SiO2催化剂催化乙酸重整制氢反应研究

用浸渍法制备了一系列Co-Ni/SiO2催化剂,利用固定床反应器对催化剂在乙酸重整制氢反应中的催化性能进行了测试,详细研究了Co-Ni配比、活性组分负载量,反应温度,空速及水碳比对催化剂活性的影响.实验结果表明,该催化剂能高效催化乙酸重整反应.当Co和Ni摩尔比例为0.5∶1,活性组分质量百分含量为15%时催化剂呈现最好的催化活性,在水碳摩尔比为7.5∶1,温度大于500℃时可使乙酸完全转化,并且氢和二氧化碳选择性均达95%以上.     

Cu-Ce/γ-Al2O3对硬脂酸催化水热脱氧产生烷烃的效果

利用等体积浸渍法制备Cu-Ce/γ-Al₂O₃催化剂，并在无H₂存在的条件下对硬脂酸进行催化水热液化。对催化剂进行BET比表面积分析和X射线衍射（XRD）分析可知，Cu-Ce/γ-Al₂O₃催化剂中存在CuO和CeO₂两种晶型，在300℃条件下水热反应12 h后具有更好的热稳定性。通过对硬脂酸进行水热液化实验和对生物油进行气相色谱-质谱（GC-MS）分析发现，加入Cu-Ce/γ-Al₂O₃催化剂能够获得最高的硬脂酸转化率（94.71%）和总烃产率（81.41%），水热液化脱氧效果最好。分析正烷烃的产率，结果发现硬脂酸在高温水热条件下主要发生脱羧反应。Cu-Ce/γ-Al₂O₃催化剂的加入能够同时促进反应过程中脱羧反应、加氢脱氧反应和裂化反应。此外，Cu-Ce/γ-Al₂O₃还能够促进羰基基团的脱除，有效减少产物中的醛和酮类物质。     

微波裂解硬脂酸钠脱羧成烃机理研究

可再生烃类燃料相对于脂肪酸甲酯(生物柴油)有显著优势. 本研究以硬脂酸钠为研究对象, 采用微波裂解技术开展脂肪酸盐脱羧成烃机理的研究, 通过气质联用等手段对裂解产物进行分析, 研究结果表明微波能选择性作用于硬脂酸钠羧基端, 导致其在微波场中发生偶极转向极化和界面极化. 离子或极性分子的Lorentz 力按照电磁波作用的方式运动, 有助于碳负离子的形成, 有效推动了脱羧反应的进行; 添加于反应体系中的甘油具有很高的介电常数, 在微波场中形成“高热位点”, 降低了脱羧反应活化能并为硬脂酸钠脱羧起到了供氢体的作用. 液体产物中端烯烃和正构烷烃系列从C₈～C₂₀有规律的分布, 符合烃类裂解的规律. 研究结果证实了由脂肪酸盐在微波作用和甘油做为供氢体的条件下, 脱羧裂解生产优质替代性烃类燃料和绿色化学品的可行性.     

银催化的脱羧性偶联反应研究进展

过渡金属催化的脱羧性偶联反应已成为有机合成中一种非常重要的合成策略.结合本课题组的工作,探讨了银催化脱羧反应在Hunsdiecker型卤代反应、碳-碳键构筑、碳-杂键构筑、C—H键官能团化等方面的新应用,综述了近几年脂肪羧酸、α-酮酸和芳香羧酸的银催化脱羧性偶联反应领域的研究新进展.银催化剂可以在过硫酸盐或其他氧化剂协同作用的辅助下,引发自由基历程的选择性脱羧偶联,反应具有操作简单、无需隔绝水和空气、反应条件温和等特点,是一种可调控的自由基反应.     

含氧煤层气流化床催化燃烧脱氧特性研究

利用自制的铜基球形甲烷催化燃烧催化剂,在小型流化床反应器中对模拟含氧煤层气进行了流化床催化燃烧脱氧的实验研究,考察了床层温度、催化剂粒径、空速对脱氧效率和CO₂选择性的影响。结果表明,较高的反应床层温度使催化剂活性增强,进而提高催化脱氧效率。床层温度在450 ℃以上,脱氧效率可稳定保持在95%以上。较小的催化剂粒径降低了内扩散阻力对催化反应的影响,提高催化反应的CO₂选择性。床层温度在450 ℃以下时,降低空速可提高氧气转化率,但温度高于450 ℃时,脱氧反应速率加快,空速变化对脱氧效率影响不明显。此外,通过调节CH₄/Air比例模拟不同含氧量的煤层气,考察流化床反应器及催化剂对含氧煤层气中O₂浓度变化的适应性。模拟含氧煤层气中氧气体积分数在5%~15%,该催化剂均表现出高的脱氧活性和选择性,反应器出口气体中氧气体积分数低于0.2%,CO₂选择性高于98%。     

活性炭担载的铂催化剂在碱性条件下选择性氧化甘油制备乳酸

生物柴油是一种环境友好的燃料,随着其生产及应用的快速增长,其生产过程中重要的副产物甘油将会大量过剩.因此,将甘油转化为高附加值的化学品对于提高生物柴油整体竞争力具有重大意义.乳酸是重要的化工原料,可用于制备生物兼容和可降解的聚乳酸塑料,广泛应用于食品和医药等领域.近年来,由甘油制乳酸的研究受到格外关注,相对于水热反应和氢解反应等,催化选择氧化反应因温和的反应条件而更具竞争力.
　　目前,甘油催化选择氧化制乳酸一般需加入较高比例的NaOH,而碱的类型对反应性能的影响鲜有报道.另外,催化剂常采用TiO2和CeO2等氧化物载体,而炭载体具有比表面积较大、在酸碱溶液中稳定及贵金属易于回收等优点,在催化领域有着广泛应用.因此,本文研究了活性炭(AC)担载的Pt催化剂在甘油催化选择氧化制乳酸反应中的催化性能.
　　首先研究了Pt/AC催化剂和碱在甘油催化选择氧化制乳酸过程中的催化作用.实验发现, Pt/AC和碱协同作用才能得到乳酸. Pt/AC催化剂在甘油脱氢生成中间产物(甘油醛和二羟基丙酮)的过程中起主导作用,碱的存在能够促进甘油羟基脱氢;中间产物实验证实,中间产物生成乳酸过程中碱起主导作用,它促进甘油醛和二羟基丙酮脱水反应和坎尼扎罗重排反应获得乳酸.进一步研究发现,中间产物二羟基丙酮比甘油醛更有利于乳酸生成,而Pt/AC催化剂有利于中间产物氧化为甘油酸.
　　进一步研究了不同类型的碱对反应性能的影响.结果表明,碱金属氢氧化物(LiOH, NaOH, KOH)比碱土金属氢氧化物(Ba(OH)2)更有利于提高甘油转化率和乳酸选择性.在加入碱金属氢氧化物条件下,甘油转化率与其离子半径呈正相关,而乳酸选择性则呈相反趋势.在LiOH存在下,乳酸选择性明显高于NaOH和KOH条件.当LiOH：甘油摩尔比为1.5时,甘油转化率和乳酸选择性均最高.在较低的LiOH与甘油摩尔比时,随着反应的消耗,溶液中的OH–减少,其促进甘油脱氢的作用变弱,并且不利于中间产物进行坎尼扎罗反应,故反应活性和乳酸选择性较差;而当LiOH比例过高时,会导致溶解氧浓度迅速降低,从而使甘油转化率和乳酸选择性下降,同时副产物甘油酸的选择性有所提高.这可能是因为较高比例的碱会促进中间产物甘油醛生成,该中间产物在Pt/AC催化作用下发生进一步氧化反应生成甘油酸.
　　研究了反应时间对催化性能的影响.结果表明,反应6 h后,甘油已经完全转化,乳酸选择性最高,达到69.3%;进一步延长反应时间,乳酸选择性有所下降,而副产物乙酸选择性略有增加,这可能是部分乳酸分解所致. Pt/AC催化剂经5次循环使用后仍保持了较高的甘油转化率和乳酸选择性.     

磷钨酸对甲酸在碳载Pt催化剂上电氧化的促进作用

用X射线能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)和电化学等测试技术研究了电解液中的磷钨酸(PWA)对甲酸在碳载Pt(Pt/C)催化剂电极上氧化的促进作用。 结果表明,PWA不但能提高甲酸在Pt/C催化剂电极上氧化的电催化活性,而且也能提高其电催化稳定性。 这种促进作用与电解液中PWA的浓度有关,当电解液中PWA的质量浓度为0.10 g/L时,这种促进作用最佳。 这主要是由于电解液中PWA质量浓度＞0.10 g/L时,吸附到电极表面的PWA的量太多,占据了Pt/C催化剂电极中Pt表面的部分活性位点,从而降低了催化剂的电催化性能。     

Na对PtSn/ZSM-5催化丙烷脱氢反应性能的影响

以HZSM-5分子筛为载体, 利用分步浸渍法制得不同Na含量的PtSnNa/ZSM-5催化剂, 用于丙烷脱氢反应. 利用XRD、吡啶吸附红外光谱、NH3-TPD、氢化学吸附、TPR等手段, 研究了Na的添加对PtSn/ZSM-5催化剂物化性质的影响. 结果表明: Na的添加对PtSn/ZSM-5催化剂的反应性能影响明显. 适量Na的添加不仅降低了催化剂中的Brönsted酸中心和Lewis中强/强酸中心, 抑制了积碳的发生, 提高了催化反应的稳定性; 而且提高了催化剂表面的Pt金属裸露度, 增加了反应活性. 当Na含量为1.0%(w)时, 催化剂的丙烯选择性和收率达到最大, 反应30 h后, 丙烷转化率仍然保持很高(36.4%). 继续增加Na含量, 催化剂中的Lewis弱酸中心有所增加, 同时Sn组分易于被还原成Sn0, 丙烷裂解、氢解等副反应增加, 不利于脱氢反应的进行.     

Ho3＋对吸附CO电化学氧化的促进作用

研究了吸附在Pt/C催化剂上的Ho3＋对吸附CO的电氧化的影响.结果表明,无论在中性和酸性溶液中,在较大的温度范围内,Ho3＋对CO在Pt/C催化剂上的电氧化都有促进作用,其原因是吸附Ho3＋的存在减弱了CO在Pt/C催化剂上的吸附强度.其次,在中性溶液中,Ho3＋对吸附CO的电氧化的促进作用比在酸性溶液中大.第三,无论在酸性还是中性溶液中,温度的升高有利于发挥Ho3＋对吸附CO的电氧化的促进作用.     

手性修饰的介孔碳材料MPC-61负载铂催化剂上α-酮酸酯的不对称氢化反应

采用氯铂酸乙醇溶液和氯铂酸水溶液为前体,通过浸渍法制备了介孔碳材料MPC-61负载Pt质量分数分别为4%和10%的Pt/MPC-61催化剂,并利用XRD,TEM,N2吸附-脱附和CO化学吸附等手段对催化剂进行了表征.考察了经过手性分子辛可尼定修饰后的Pt/MPC-61催化剂在丙酮酸乙酯不对称氢化反应中的催化性能.以氯铂...     

吸附在Pt/C催化剂上Eu3+对CO电氧化的促进作用

目前影响质子交换膜燃料电池(PEMFC)迅速发展并商业化的主要问题之一是阳极催化剂抗CO的毒化能力。Pt因其对氢的氧化具有高的催化活性而广泛地用作PEMFC的阳极催化剂，也有人研究将其它金属用于PEMFC阳极催化剂，但催化活性要比Pt低得多。而Pt作PEMFC的阳极催化剂一个问题是痕量的CO，如10-100ppm就可以使Pt催化剂中毒。     

高温Shilov甲烷转化反应的机理和反应动力学研究

传统的Shilov反应是以PtCl2作为催化剂在水溶液中实现甲烷转化的,该反应的条件温和,在低至80°C时即可将甲烷中非常稳定的C–H键活化.然而,如果将反应温度提高达100°C以上,催化剂Pt(II)则非常容易发生歧化反应转化为Pt(0)或者Pt(IV),其中Pt(0)将会以沉淀的形式存在于反应溶液中.所以该反应只能在较低的温度进行, Shilov体系也只能得到较低的甲烷转化率,因此如何避免高温时催化剂因沉淀失活成为了提高反应转化率的研究重点.本文重点考察了高温条件下Shilov体系的反应机理和反应动力学,从而寻求提高催化体系活性和稳定性的途径.我们在特殊设计的金管反应器中进行了一系列的H/D置换实验,通过GC根据产物不同的分子量来分析检测.实验中,利用特殊设计的金管反应器可将反应压力增加到25.5 MPa,此时甲烷的溶解度与常温条件下(~60°C)相比可被提高1000倍以上,因此甲烷的转化率大大提高.在高温(~200°C)条件下的Shilov体系的水溶液中添加了CD3COOD, F3COOD, D2SO4, DCl和一系列阳离子为[1mim]+的离子液体来考察它们对催化剂沉淀的抑制作用,结果发现,在140°C时添加30%CD3COOD可在少量催化剂存在的条件下就能够明显促进H/D交换,与Shilov的结论吻合.这可能是由于CD3COO基团的螯合作用造成的,但将反应温度升到150°C时则不可避免的生成了Pt(0)沉淀.而F3COOD却在较多催化剂的条件下仍未表现出明显作用,可能是因为F较强的亲电子性使得F3COO基团的螯合作用变弱所致.在140°C时, D2SO4和DCl均能有效抑制Pt(0)沉淀的生成,尤其是DCl,在185°C反应24 h后仍能够稳定水溶液中的Pt基催化剂,但是在该条件下D2SO4却并没有作用.我们还发现, Cl–的浓度与沉淀的抑制直接相关,浓度越高对Pt基催化剂的稳定作用越强,但质子浓度的增加则对沉淀现象没有太大影响,我们推断原因是大量的Cl-能够在[PtCl6]2–的共同作用下将Pt(0)重新转化为了[PtCl6]2–.在140°C进行反应时,各类离子液体的添加能够使Pt(0)沉淀得到抑制,但是对H/D交换率却没有影响,可能是因为离子液体与Pt基催化剂螯合形成了Pt-离子液复合物而削弱了催化活性.在此基础上,我们特别考察了Cl–浓度对催化剂沉淀的影响,发现在200°C时将Cl-浓度提高到一定程度,就能够完全抑制Pt(0)的生成,但Pt基催化剂的活性也会被同时削弱.由于高压金管反应器的应用和高浓度Cl–的添加,使得甲烷的转化率达到90%以上,因此,我们设计了H/D同位素交换实验来考察反应的活性和选择性,从而针对高温Shilov体系的反应动力学进行研究.反应在200°C时进行,催化剂为K2PtCl4,反应介质为30% CD3COOD和DCl的水溶液,实验产物中检测到了CH3D, CH2D2, CHD3和CD4四种甲烷的多重氘代同位素体,说明了交换反应中有多个C–H键被活化.在此基础上,为了对甲烷活化过程进行全面描述,我们建立了涵盖所有连锁反应在内的综合反应网络,其中包含了H/D交换过程中涉及到的一系列平行的一级反应,基于实验数据通过阿伦尼乌斯方程计算得到了全部反应的频率因子、活化能和化学计量系数等反应动力学参数.结果证明,由于甲烷中所有的C–H键均相同,因此多重氘代产物的生成在甲烷转化过程中是不可避免的.其中,甲烷的单一氘代反应活化能为29.9 kcal/mol,双重氘代反应活化能为29.8 kcal/mol,两者十分相近,因此甲烷活化后的单一氘代产物的选择性最高不会超过50%.     

Nonoxidative conversion of methane and <Emphasis Type="Italic">n</Emphasis>-pentane over a platinum/alumina catalyst

Methane adsorption on the Pt–H/Al₂O₃ and Pt/Al₂O₃ catalysts begins at Т = 475°C and is accompanied by the appearance of hydrogen in the reaction medium. At a higher temperature is raised to 550°C, the amount of adsorbed hydrogen increases to 1.1 and 0.8 mol/(mol Pt), respectively. According to the calculated degree of methane dehydrogenation on platinum sites at Т = 550°C, the Н/C ratio is 1.3 (at/at) for the Pt–H/Al₂O₃ catalyst and 1.5 (at/at) for the Pt/Al₂O₃ catalyst. The introduction of n-pentane into the reaction medium increases the yield of aromatic hydrocarbons (benzene and toluene) by a factor of 8.8 over the arene yield observed in individual n-pentane conversion. A mass spectrometric analysis of the arenes obtained with the Pt/Al₂O₃ catalyst has demonstrated that 37.5% of the adsorbed methane is involved in the methane–n-pentane coaromatization yielding benzene and toluene.