分子筛催化剂上甲醇与三聚甲醛缩合制聚甲醛二甲醚

对HY、HZSM-5、Hβ和HMCM-22分子筛催化剂上甲醇与三聚甲醛缩合制聚甲醛二甲醚（PODE_n或DMM_n）的反应性能进行了研究,考察了分子筛种类和酸性对产物分布的影响。结果显示,以酸性分子筛为催化剂,甲醇与三聚甲醛可缩合得到聚甲醛二甲醚。HY分子筛上反应产物主要为短链的甲缩醛（DMM）;HZSM-5和Hβ分子筛上产物以DMM₁~3为主,其柴油添加剂组分DMM₃~8的收率分别为6.40%和13.78%;HMCM-22分子筛为催化剂时,长链的聚合物收率明显增加,其柴油添加剂组分DMM₃~8的收率可以达到29.39%。NH₃-TPD表征结果表明催化剂表面的酸性对产物分布有着明显的影响：表面弱酸位有利于短链产物DMM的生成,而中等强度的表面酸性位则能促进柴油添加组分DMM₃~8的生成。     

大孔强酸性阳离子交换树脂催化甲缩醛和三聚甲醛合成聚甲醛二甲醚的研究

以大孔强酸性阳离子交换树脂(CT175)为催化剂,催化甲缩醛和三聚甲醛反应得到聚甲醛二甲醚(PODEn)。考察了催化剂种类、温度、时间、压力、催化剂用量、原料配比对反应的影响,并研究了催化剂的重复使用性能。结果表明,反应最佳条件为:m甲缩醛:m三聚甲醛=2.5:1,催化剂用量7.5wt%,温度90℃,时间0.5h,压力1.5MPa。在最优条件下,三聚甲醛的转化率达89.0%,PODE3-8的选择性为64.2%。催化剂重复使用20次后,催化活性无明显变化。     

KIT-5负载离子液体催化甲缩醛和三聚甲醛合成聚甲醛二甲醚

采用包埋法将离子液体封装在分子筛KIT-5孔笼内,制备了四种负载型离子液体催化剂,用于甲缩醛和三聚甲醛合成聚甲醛二甲醚(PODE_n),研究了不同条件对三聚甲醛转化率和目标产物PODE_(3-5)选择性的影响。结果表明,催化合成PODEn的最佳反应条件为:反应时间2 h、100℃、甲缩醛与三聚甲醛物质的量比1.5、催化剂含量3%,在此条件下,四种催化剂均表现出了很好的催化效果。与离子液体催化剂相比,负载型催化剂的催化活性基本保持不变,而且性能稳定,可多次使用,具有一定的实用价值。     

水在甲缩醛与三聚甲醛合成聚甲氧基二甲醚中的作用研究

聚甲醛二甲醚（PODE）添加到柴油中,可以减少不完全燃烧造成的空气污染。在不同温度下,以HZSM-5为催化剂,三聚甲醛（TOX）和甲缩醛（DMM）为原料,加入不同含量的水以模拟甲醛原料水含量（0~10 wt%）对PODE合成的影响。结果表明：在相同的甲醛/甲缩醛摩尔比的条件下,随着TOX中水含量的增加,TOX和DMM的转化率变化不明显,而产物中PODE_3-8的含量则明显降低,从无水时的39.55%减少到3 wt%水时的32.09%,10 wt%水时的23.66%。同时,发现MeOH等的含量随着含水量的增加明显增加,由无水时的0.53%增加至3wt%水时的2.82%和10 wt%时的4.42%。进一步研究表明:反应体系中的水与MeOH的生成密切相关。通过物料衡算证实PODE合成过程中的水主要与DMM反应生成MeOH。      

HZSM-5分子筛用于合成聚甲醛二甲基醚

以磷酸二氢铵为前驱体,使用浸渍法制备了一系列不同磷含量改性的HZSM-5分子筛,并结合X射线衍射、N2吸附和氨程序升温脱附等表征结果探讨了催化剂硅/铝比、粒径尺寸、晶体结构、孔结构及表面酸性对其催化甲醇和三聚甲缩反应生成聚甲醛二甲基醚(PODEn)反应性能的影响,同时与商业催化剂进行了比较.结果表明,硅铝比为50,粒径尺寸为5μm,P2O5含量较低(0～6%)的HZSM-5分子筛表现出较高的催化活性和PODEn选择性.在130℃,原料甲醇和三聚甲醛的质量比为2:1的优化条件下反应时,三聚甲醛转化率可达到95.2%,PODEn(n=2～5)的选择性为62.9%,略好于商业催化剂.     

Cs/ZSM-35 分子筛催化甲缩醛和乙酸甲酯发生一步法羟醛缩合反应

丙烯酸及其酯是重要的化工原料, 广泛应用于涂料、粘结剂、纤维等领域, 目前工业上常采用丙烯两段氧化法进行制备. 然而该方法以石油基原料丙烯为源头, 采用 V/Mo/Bi 等金属催化剂, 不符合可持续发展理念, 且存在环境污染及氧气下产物易过度氧化等问题. 因此, 如何高效、安全、大规模工业化制备丙烯酸及其酯是研究者追求的目标. 以乙酸甲酯(MAc) 和甲醛为原料, 通过羟醛缩合一步制备丙烯酸及其酯是一条完全不同于丙烯氧化法的合成路径, 原料均可由煤基甲醇得到, 符合我国"富煤、贫油、少气"的基本能源结构, 且该方法碳原子利用率为 100%, 副产物仅为水, 属于绿色环保合成路径.羟醛缩合是典型的碳链增长反应, 可在酸性催化剂、碱性催化剂、以及酸碱双功能催化剂存在下发生. 碱性催化剂一般为负载型碱金属氧化物, 例如以 SiO2为载体的负载型 Na, K, Cs 氧化物催化剂等, 但都存在活性组分流失的问题, 进而导致催化剂的失活, 难以实现工业化. 酸碱双功能催化剂是目前研究的热点, 由于具有酸催化剂的高选择性和碱催化剂的高活性, 其反应性能要远优于单一酸性催化剂和单一碱性催化剂, 广大研究者对此进行了深入广泛的研究, 目前基本处于实验室阶段. 相对而言, 目前酸性催化剂上通过羟醛缩合反应制备丙烯酸及其酯的研究工作较少, 特别是以固体酸为催化剂进行乙酸甲酯和甲醛气固相反应研究非常少见.我们以甲缩醛为甲醛源, 创新性地采用固体硅铝分子筛为酸性催化剂, 催化甲缩醛 (DMM) 和 MAc 发生羟醛缩合反应来制备丙烯酸. 硅铝分子筛具有较高的活性, 可高效地催化羟醛缩合反应, 且由于分子筛催化剂具有很好的再生性能, 即使催化剂寿命较短, 也可采用流化床或移动床等反应器进行工业化, 因此存在良好的工业化前景. 为了进一步深入研究酸性位和碱性位各自对 DMM 和 MAc 羟醛缩合反应的影响, 本文以 HZSM-35 分子筛为载体, 采用浸渍法制备不同碱金属铯氧化物含量的催化剂, 利用氮气吸附/脱附方法和化学程序升温 (NH3-TPD) 方法对其孔结构和酸性质进行表征, 并进一步考察催化剂的性能. 结果表明, 微孔体积随着碱金属 Cs 负载量的增加而逐渐减小, 当 Cs 负载量增加至 10 wt% 时, 样品微孔体积从初始 0.105 cm3/g 降至 0.063 cm3/g. NH3-TPD 结果显示, 当 Cs 负载量为 1 wt%, 酸性催化剂载体上的强酸和弱酸活性位被大量碱性氧化物占据; 当负载量超过 5 wt% 时, 所有的酸性位均被覆盖. 随后考察负载不同碱金属含量分子筛的羟醛缩合反应性能, 发现碱金属氧化物的引入不利于羟醛缩合反应的进行, 这主要是由于作为甲醛源的 DMM 只有在酸中心上才能进行分解产生甲醛, 促使羟醛缩合反应顺利进行. 当采用 DMM 为甲醛源时, 体系中必须有酸性位存在. 同时得知, 分子筛 HZSM-35 中强酸和弱酸均是羟醛缩合反应的有效酸性位, 但强酸同时催化原料发生类甲醇制烯烃过程, 致使大量烃类副产物生成, 产生较重的积炭物种. 羟醛缩合反应在含有大量弱酸催化剂上 (如γ-Al2O3) 也可顺利进行, 且具有较高的活性和稳定性.     

NaOH含量对HZSM-5分子筛性质及其催化甲缩醛气相羰基化性能的影响

通过调变合成过程中NaOH的含量,制备了一系列HZSM-5分子筛,并对其催化甲缩醛(DMM)气相羰基化合成甲氧基乙酸甲脂(MMAc)反应性能进行了详细考察。结果表明,本合成体系中,NaOH含量为0.8%(质量分数)时,ZSM-5分子筛表现出最佳的催化活性。BET、~(27)Al NMR、NH_3-TPD、Py-FTIR等多种表征结果证实NaOH含量的改变可有效调变分子筛孔道中介孔孔容及中强Br?nsted酸(B酸)位点的分布,两者是影响分子筛催化活性的主要因素。中强B酸位点增加,原料DMM反应加剧,转化率提高;介孔孔容增大,产物扩散途径缩短,孔道限域效应减弱,副反应被抑制, MMAc选择性增加。进一步采用密度泛函理论对DMM与HZSM-5分子筛作用过程进行了初步探索,发现反应过程中将首先形成甲氧基甲基(ZOCH_2OCH_3)中间物种,在此基础上,提出了DMM羰基化生成MMAc的可能机制。     

Cs/ZSM-35分子筛催化甲缩醛和乙酸甲酯发生一步法羟醛缩合反应（英文）

丙烯酸及其酯是重要的化工原料,广泛应用于涂料、粘结剂、纤维等领域,目前工业上常采用丙烯两段氧化法进行制备.然而该方法以石油基原料丙烯为源头,采用V/Mo/Bi等金属催化剂,不符合可持续发展理念,且存在环境污染及氧气下产物易过度氧化等问题.因此,如何高效、安全、大规模工业化制备丙烯酸及其酯是研究者追求的目标.以乙酸甲酯(MAc)和甲醛为原料,通过羟醛缩合一步制备丙烯酸及其酯是一条完全不同于丙烯氧化法的合成路径,原料均可由煤基甲醇得到,符合我国"富煤、贫油、少气"的基本能源结构,且该方法碳原子利用率为100%,副产物仅为水,属于绿色环保合成路径.羟醛缩合是典型的碳链增长反应,可在酸性催化剂、碱性催化剂、以及酸碱双功能催化剂存在下发生.碱性催化剂一般为负载型碱金属氧化物,例如以SiO_2为载体的负载型Na,K,Cs氧化物催化剂等,但都存在活性组分流失的问题,进而导致催化剂的失活,难以实现工业化.酸碱双功能催化剂是目前研究的热点,由于具有酸催化剂的高选择性和碱催化剂的高活性,其反应性能要远优于单一酸性催化剂和单一碱性催化剂,广大研究者对此进行了深入广泛的研究,目前基本处于实验室阶段.相对而言,目前酸性催化剂上通过羟醛缩合反应制备丙烯酸及其酯的研究工作较少,特别是以固体酸为催化剂进行乙酸甲酯和甲醛气固相反应研究非常少见.我们以甲缩醛为甲醛源,创新性地采用固体硅铝分子筛为酸性催化剂,催化甲缩醛(DMM)和MAc发生羟醛缩合反应来制备丙烯酸.硅铝分子筛具有较高的活性,可高效地催化羟醛缩合反应,且由于分子筛催化剂具有很好的再生性能,即使催化剂寿命较短,也可采用流化床或移动床等反应器进行工业化,因此存在良好的工业化前景.为了进一步深入研究酸性位和碱性位各自对DMM和MAc羟醛缩合反应的影响,本文以HZSM-35分子筛为载体,采用浸渍法制备不同碱金属铯氧化物含量的催化剂,利用氮气吸附/脱附方法和化学程序升温(NH_3-TPD)方法对其孔结构和酸性质进行表征,并进一步考察催化剂的性能.结果表明,微孔体积随着碱金属Cs负载量的增加而逐渐减小,当Cs负载量增加至10 wt%时,样品微孔体积从初始0.105 cm~3/g降至0.063 cm~3/g.NH_3-TPD结果显示,当Cs负载量为1 wt%,酸性催化剂载体上的强酸和弱酸活性位被大量碱性氧化物占据;当负载量超过5 wt%时,所有的酸性位均被覆盖.随后考察负载不同碱金属含量分子筛的羟醛缩合反应性能,发现碱金属氧化物的引入不利于羟醛缩合反应的进行,这主要是由于作为甲醛源的DMM只有在酸中心上才能进行分解产生甲醛,促使羟醛缩合反应顺利进行.当采用DMM为甲醛源时,体系中必须有酸性位存在.同时得知,分子筛HZSM-35中强酸和弱酸均是羟醛缩合反应的有效酸性位,但强酸同时催化原料发生类甲醇制烯烃过程,致使大量烃类副产物生成,产生较重的积炭物种.羟醛缩合反应在含有大量弱酸催化剂上(如γ-Al2O3)也可顺利进行,且具有较高的活性和稳定性.     

V/Ce-Al2O3催化甲醇选择性氧化制备二甲氧基甲烷

为有效改善催化剂酸性,利用共沉淀法对20V₂O₅/Al₂O₃催化剂载体进行Ce改性制备了不同CeO₂质量分数的双功能催化剂,并对其催化甲醇选择性氧化制二甲氧基甲烷（DMM）的活性进行了研究。由X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM-EDS）、傅里叶红外光谱（FT-IR）、拉曼光谱（Raman）、H₂程序升温还原（H₂-TPR）及NH₃程序升温脱附（NH₃-TPD）表征结果证实,经Ce改性后在催化剂中有效引入了中强酸位点是DMM选择性提高的关键因素,同时也增强了钒氧化物与载体间的相互作用,降低了催化剂的氧化还原性。实验结果表明,当CeO₂质量分数为8%时,催化剂表现出最佳的催化性能,反应温度对甲醇氧化产物有较大影响,低温更有利于DMM的生成。在反应温度为170 ℃时,经20V/8Ce-Al₂O₃催化,甲醇转化率为23.6%,DMM选择性达99.9%。催化剂经循环反应5次后DMM选择性依然为99.9%,研究为改善催化剂酸性提供了有价值的参考。     

多级孔HZSM-5分子筛的制备及其催化合成聚甲氧基二甲醚的性能

采用两步结晶法,用不同硅源铝源在无介孔模板剂的情况下,直接合成具有多级孔结构的ZSM-5分子筛;利用XRD、SEM、N₂吸附/脱附、Py-IR等技术对合成的多级孔ZSM-5分子筛结构、形貌、织构和酸性质进行表征,并考察其催化甲缩醛和三聚甲醛合成聚甲氧基二甲醚(PODE)的催化性能。结果表明：硅源铝源会影响分子筛结晶过程的晶体尺寸,粒径小的纳米粒更容易相互堆叠形成晶间孔隙;以正硅酸乙酯为硅源,分别以硝酸铝、偏铝酸钠和硫酸铝为铝源合成的3个多级孔ZSM-5分子筛具有较大的介孔体积和较高的B酸/L酸值,在催化合成PODE反应中表现出较好的催化性能;三者对三聚甲醛的转化率均达90%以上,对PODE_3~8选择性分别为62.22%、62.35%和62.12%。      

不同前驱体制备的SO_4~(2-)/AC催化剂在二甲醚直接氧化合成聚甲氧基二甲醚中的反应性能

分别用硫酸、硫酸铵作为前驱体,活性炭(AC)作为载体,采用浸渍法制备了SO_4~(2-)/AC双功能催化剂(SO_4~(2-)离子和AC载体分别提供催化剂的酸性和氧化还原性),考察了其在二甲醚(DME)直接氧化合成聚甲氧基二甲醚(DMMx)反应中的催化性能。结果表明,不同前驱体制备的SO_4~(2-)/AC催化剂表现出显著的催化活性差异。40%H_2SO_4/AC催化剂具有较好的反应活性,DME转化率为8.4%,DMM1-2的选择性达到59.7%,并且没有COx的生成;而在40%(NH_4)_2SO_4/AC催化剂上,反应主要生成了COx,DMM选择性仅2.7%,且无DMM2生成。XRD、BET、NH_3-TPD及O_2-TPD-MS等表征结果显示,H_2SO_4/AC催化剂中适量的弱酸性位和氧化还原性位有利于DME直接氧化合成DMMx。经过SO_4~(2-)修饰的催化剂促进了O2在活性炭表面的活化;前驱体H_2SO_4的加入提高了催化剂表面的弱酸性位数量,而(NH_4)_2SO_4的引入却促使催化剂表面产生中强酸性位。     

Brønsted酸性离子液体催化合成聚甲醛二甲醚的研究

合成并表征了两种Brønsted酸性离子液体N-甲基-2吡咯烷酮硫酸氢盐([Hnmp]HSO₄)和N-甲基-2吡咯烷酮对甲苯磺酸盐([Hnmp]PTSA),对两种离子液体在由甲缩醛和多聚甲醛缩合制备聚甲醛二甲醚(DMM_n,n > 1)反应中的催化性能进行了研究.结果显示,离子液体的催化活性与其酸性相关,离子液体[Hnmp]HSO₄具有较高的催化活性;当离子液体[Hnmp]HSO₄ 的用量为2.0%(质量分数)、m(甲缩醛)/m(多聚甲醛)= 2.00、反应温度110℃、反应时间6 h时,甲缩醛的转化率和DMM_3~8 的选择性分别为52.28%和49.18%.反应结束后,离子液体[Hnmp]HSO₄与产物自动分成两相,且该离子液体的稳定性好,重复使用五次后仍有较高的催化活性.     

以四甲基铵硅酸盐为柱化剂合成层柱状MCM-36分子筛

以层状MCM-22P为前驱体,四甲基铵硅酸盐为柱化剂,采用动态水热法考察了MCM-36分子筛的合成条件,并通过XRD、N2物理吸附、TEM、27Al-MAS NMR以及NH3-TPD等手段对合成分子筛进行了表征。结果表明,与传统的采用正硅酸乙酯为柱化剂的柱化过程相比,以四甲基铵硅酸盐为柱化剂时,已溶胀的前驱体不经干燥处理即可直接在含水体系进行柱化插层合成得到层间距均一的层柱状MCM-36分子筛,适宜的合成条件为:先在80℃的高pH值(约13.5)环境下对前驱体溶胀24 h,然后在100℃下柱化插层24 h。表征结果表明,MCM-36分子筛具有层内微孔和层间介孔的复合孔道结构以及较大的比表面积(特别是外比表面积);与HMCM-22相比,HMCM-36的表面酸性虽明显降低,但其层间介孔结构的形成使大量B酸中心暴露于大分子易于接近的层间介孔孔壁,可为涉及较大分子的催化反应提供更多可接近的活性位中心。     

HZSM-5分子筛上C_(6～8)混合链烃和邻二甲苯的加氢裂化

在连续流动固定床装置上,探讨了不同酸性HZSM-5上C6~8混合链烃(以下简称混合烃)和邻二甲苯加氢裂化的变化规律,并在稳定条件下考察了反应温度、质量空速以及氢烃体积比等反应参数的影响。混合烃的加氢裂化伴随着芳构化反应,酸性较弱的HZSM-5主要发生加氢裂化反应,裂化产物以正构烷烃为主,甲烷和异构烷烃较少。酸性强的HZSM-5上,起初以芳构化反应为主,稳定之后产物分布与弱酸催化剂接近。混合烃的加氢裂化反应表现出明显的温度效应,而质量空速和氢烃体积比的影响较小。在380℃、3.0 MPa、质量空速1.02 h-1、氢烃体积比1 000的条件下,100 h内混合烃的转化率均在99%以上,稳定的裂化反应选择性在95%以上。邻二甲苯发生加氢裂化及异构、歧化反应,酸性强的HZSM-5裂化产物收率高,裂化产物分布与混合烃的基本相同。稳定的邻二甲苯裂化反应选择性小于10%。     

Highly selective methanol-to-olefin reaction on pyridine modified H-mordenite

The effects of the acid site in main channels of MOR zeolites on their product selectivity and deactivation in the MTO(methanol to olefin) reactions were investigated. The catalytic analysis demonstrates that the pyridine modified MOR zeolite yielded high selectivity( 65.3%) of C_2~=-C_4~=, although the conversion dropped from 100% to 54%. Furthermore, both the catalytic lifetime of MOR and the stability of yielding the lower olefins were increased from less than 30 min to more than 120 min after the modification with pyridine.1H MAS NMR on MOR and modified MOR shows that the acid sites in main channel do not benefit the productivity of lower olefins and catalysts' lifetime. It can be concluded from ex-situ ~(13)C CP MAS NMR that the deposit species during the MTO reaction depend on the pore sizes, and the formation of large alkyl aromatic species more likely occurs in the 12-ring main channels rather than the 8-ring side pocket.     

SiO_2改性MCM-22分子筛上联苯与环己醇的择形烷基化反应

以正硅酸四乙酯(TEOS)为修饰剂,采用化学液相沉积法(CLD)对MCM-22分子筛进行改性,制备了一系列SiO_2改性的MCM-22催化剂。采用X射线衍射(XRD)、N_2物理吸附-脱附、氨程序升温脱附(NH_3-TPD)、吡啶吸附红外光谱(Py-IR)对催化剂性质进行了表征。结果表明SiO_2主要沉积在MCM-22分子筛的外表面,外表面上的Br?nsted酸位量明显减少,但对分子筛的总酸量影响不大。考察了改性催化剂用于联苯与环己醇的择形烷基化反应制备线性4-环己基联苯(4-CBP)及4,4′-环己基联苯(4,4′-DCBP)的催化性能。在常压条件下,温度为190°C时反应200 min,4-CBP与4,4′-DCBP的选择性分别为80.4%与63.7%。结合表征数据,发现SiO_2沉积对发生在催化剂外表面Br?nsted酸位上的异构化反应有明显的抑制作用。此外,重复使用5次后的改性分子筛经过焙烧复原,活性与选择性基本恢复。     

沸石载体结构对甲烷无氧芳构化性能的影响

考察了担载MoO₃的沸石催化剂上甲烷的无氧芳构化性能,并与沸石结构相关联.结果表明,孔径与苯分子动态直径相当的ZSM-5、ZSM-8、ZSM-11和β沸石等是甲烷无氧芳构化催化剂的良好载体,其中3%MoO₃/HZSM-11具有最高的甲烷芳构化活性和稳定性,973K下的转化率和苯选择性分别为8.0%和90.9%;6%MoO₃/HZSM-8与7%MoO₃/H-β芳构化性能相当.以HMCM-41和HSAPO-34为载体时芳构化活性很低,以HMOR、HX和HY为载体时仅有少量乙烯生成,而以HSAPO-5和HSAPO-11为载体时未检测到烃类生成.     

表面富硅型ZSM-5分子筛的甲醇制对二甲苯联产低碳烯烃催化性能

通过表面化学改性制备表面富硅型ZSM-5分子筛,采用XRD、N2等温吸附-脱附、TEM、NH3-TPD和Py-FTIR等手段对其孔结构和酸性质进行了表征,考察其甲醇制对二甲苯联产低碳烯烃反应的催化性能。结果表明,引入Zn使催化剂中一部分强酸转变为中强酸,并增加了具有脱氢作用的Zn-L酸中心,提高乙烯和丙烯的选择性;Mg改性不仅可以调节孔道的择形性,而且增加了L酸中心的数量,有利于PX的生成;不同硅源的多次硅沉积使得SiO_2可以更均匀地沉积在外表面,调变催化剂的酸性质和孔结构,从而进一步提高对二甲苯及乙烯和丙烯的选择性。最终,二甲苯中对位选择性可达到87.1%,二甲苯及乙烯和丙烯的选择性达到61%,乙烯在C_2烃类的选择性高达97.8%,丙烯在C_3烃类中选择性高达90.6%。