WO3/ZrO2固体强酸催化剂上异丁烷/丁烯的烷基化反应 Ⅱ.过渡金属的助催化作用

 制备了一系列用过渡金属M（M＝Pt,Co,Ni,Mn,Fe,Cu）活化的WO3／ZrO2固体强酸催化剂,用XRD,DTA－TG,H2－TPR,NH3－TPD等测定了其晶型结构、表面状态和酸量．结果表明,各样品中的ZrO2主要以T晶相存在,但T晶相ZrO2所占的比例因过渡金属不同而异,比表面积比WO3／ZrO2稍有下降;金属Pt的引入使呈单层分散的WO3的表面状态发生了改变．研究了异丁烷／丁烯烷基化反应,其反应活性与酸量的测定结果有对应关系;与WO3／ZrO2相比,M－WO3／ZrO2上的丁烯转化率均稍有下降,但具有更高的i－C08选择性．从反应机理分析了添加过渡金属无显著效果的原因．     

WO3/ZrO2固体强酸催化剂上异丁烷-丁烯烷基化反应研究(Ⅰ)--钨负载量和焙烧温度的影响

制备了系列 WO3/ Zr O2 固体强酸催化剂 ,用 XRD,DTA-TG,H2 -TPR,Raman光谱和酸性测定等方法测定其晶型结构、表面状态和酸性 .结果表明 ,WO3/ Zr O2 中的 Zr O2 基本以 T晶相存在 ,WO3对稳定 T晶相有重要作用 ,样品具有较大的表面积 .分散于 Zr O2 表面上的 WO3主要以单层分散和析出的 WO3晶粒形式存在 ,部分可能与 Zr O2 作用形成 Zr— O—W键并起强酸作用 .研究了各种实验条件下的异丁烷 -丁烯烷基化反应 .与其它固体酸相比 ,具有较高的起始活性和 i-C08选择性 ,且与酸强度和酸量有较好的对应关系     

WO3/ZrO2固体强酸催化剂上异丁烷-丁烯烷基化反应的研究Ⅲ. 超细ZrO2载体对催化剂性能的影响

制备了以超细ZrO2为载体的WO3/ZrO2、 SO4 2-/ ZrO2、 MoO3/ZrO2固体强酸催化剂 ,并用XRD、 DTA-TG 、 H2-TPR、 NH3-TPD等方法表征了其晶型结构、表面状态和酸性. 结果表明,超细ZrO2及其催化剂均主要以T-晶相存在,与通常以Zr(OH)4为载体制备的同类催化剂相比,ZrO2中的T-晶相所占比例虽有所下降,但具有更大的比表面积、酸强度和对金属氧化物的负载能力,且酸强度随焙烧温度升高而增强,表明其表面状态亦有较大变化. 研究了以超细ZrO2为载体的固体强酸催化剂上, 异丁烷-丁烯的烷基化反应,与通常以Zr(OH)4为载体制得的催化剂相比,其具有更好的烯烃转化率,在烷基化产物中, C5～C7裂解产物较多,使C80的选择性有所下降.     

WO3/ZrO2固体酸催化苯与1-己烯烷基化反应

 用浸渍法制备了WO3/ZrO2及碱金属K或碱土金属Sr掺杂改性的WO3/ZrO2固体酸催化剂. 采用X射线衍射、 N2吸附、 NH3程序升温脱附和吸附吡啶的红外光谱等技术表征了K或Sr对WO3/ZrO2催化剂结构和表面酸性质的影响. 研究了WO3/ZrO2及K或Sr掺杂改性的WO3/ZrO2固体酸对苯与1-己烯烷基化反应的催化性能. 考察了催化剂制备条件和反应条件对催化剂活性的影响以及催化剂的重复使用性. 结果表明,引入K或Sr可调变WO3/ZrO2固体酸中的ZrO2晶相和固体酸的酸强度、酸量以及Lewis酸中心与Brnsted酸中心的比值. 适量K或Sr掺杂改性可提高WO3/ZrO2催化剂对苯与1-己烯烷基化反应的催化活性和稳定性,在常压和80 ℃的温和条件下,反应10 min后, 1-己烯的转化率可达99%, 单烷基选择性为100%. 该催化剂可多次重复使用,催化活性稳定.     

多级孔结构WO3/ZrO2固体酸催化剂的烷基化催化性能研究

采用复合模板表面活性剂辅助水热法一步合成WO3/ZrO2体系多级孔固体酸催化剂,探讨了煅烧温度对所合成催化剂试样酸强度及酸量的影响,并考察了催化剂针对苯和十二烯的烷基化反应中的催化性能.结果表明,WO3/ZrO2体系催化剂具有较强的酸强度,并且与催化剂的比表面积和晶化程度有密切关系,比表面积的增大和四方相ZrO2的生成能有效地提高催化剂的酸强度.该催化剂具有优良的烷基化反应催化活性和选择性,其中450℃,5h煅烧的WO3/ZrO2催化剂样品酸性最强,其烷基化催化活性和选择性最优.     

Pt/Al2O3/WO3/ZrO2催化剂对正己烷异构化反应的催化性能

 通过浸渍法制备了系列Pt/Al2O3/WO3/ZrO2催化剂样品,采用X射线衍射、傅里叶变换红外光谱和程序升温还原等方法表征了催化剂的结构、表面酸性和氧化还原性能,考察了不同反应条件下催化剂对正己烷异构化反应的催化性能. 结果表明, Pt的加入显著改变了WO3/ZrO2载体的氧化还原性,并使催化剂由单一的酸中心催化变成由酸中心与金属中心共同催化; Al2O3的加入增强了WO3与ZrO2之间的相互作用,增加了催化剂的Lewis酸位. 在n(H2)/n(n-C6H14)=1.5, WHSV=0.7 h-1, m(cat)=2.0 g, p=1.0 MPa, θ=220 ℃和t=3 h的反应条件下, Pt/Al2O3/WO3/ZrO2催化剂上正己烷的转化率和2,2-二甲基丁烷的选择性分别达到84.9%和22.9%,裂解反应产物的收率低于1.5%. 经 1000 h的寿命试验,催化剂没有出现失活.     

固体强酸催化剂Pd/WO3-ZrO2的制备及其对正庚烷异构化反应的催化性能

 采用共沉淀方法制备了固体酸载体WO3-ZrO2,考察了W含量和焙烧温度等对WO3-ZrO2酸性和物相结构的影响,并且考察了Pd/WO3-ZrO2催化剂对正庚烷异构化反应的催化性能. 结果表明,Pd/WO3-ZrO2催化剂的催化性能与固体强酸的W含量及晶相结构密切相关. 在w(W)=13.2%～15.8%时,经700～800 ℃焙烧,WO3在ZrO2表面达到单层分散,且大部分ZrO2以四方晶相存在,所制备的0.5%Pd/WO3-ZrO2对正庚烷异构化反应的催化活性可达到70.4%,选择性可达到81.0%.     

水合氧化锆的晶化方式对Pt/WO3-ZrO2异构化活性的影响

 采用不同方法制备了一系列具有一定晶相结构的水合 ZrO2, 考察了制备方法对水合 ZrO2 晶化方式及 Pt/WO3-ZrO2 催化剂催化正己烷异构化活性的影响. 采用 X射线衍射, Raman 光谱和 NH3-程序升温脱附对催化剂进行了表征. 结果表明, 水合 ZrO2 的晶化方式与制备时氧气的存在与否有关, 也大大影响了催化剂的异构化活性. 以无氧条件下制备的水合 ZrO2 为载体时, Pt/WO3-ZrO2 催化剂具有较高的异构化活性, 而以在空气气氛中制得的水合 ZrO2 为载体时, Pt/WO3-ZrO2 几乎无异构化活性.     

多级孔WO3/ZrO2固体酸催化剂的制备与表征

采用复合模板表面活性剂辅助水热法一步合成了WO3/ZrO2多级孔固体酸催化剂,并应用X射线衍射、低温N2吸附-脱附、拉曼光谱及NH3程序升温脱附对催化剂进行了表征.结果表明,WO3的引入使得WO3/ZrO2催化剂的比表面积增大,表面的酸中心明显增加.在乙酸和正丁醇的酯化反应中,WO3/ZrO2多级孔固体酸催化剂表现出较...     

Ga_2O_3对Pt/WO_3/ZrO_2催化剂上正庚烷异构化反应的促进作用

考察了Ga2O3掺杂的Pt/WO3/ZrO2(Pt/WGZ)催化剂在200℃时正庚烷临氢异构化反应性能.结果表明,少量Ga2O3的加入能显著提高Pt/WGZ的催化活性,异构化选择性也有所增加,这是由于B酸位增加和B酸/L酸比的改变而引起的.Pt/WGZ催化剂连续反应80 h,正庚烷转化率和异构化选择性分别稳定在76%和94%.     

ZrO2前体的制备方法对WOX-/ZrO2

考察了ZrO2前体的制备方法对WOX-/ZrO2的性质及其正庚烷临氢异构化反应性能的影响,同时采用BET、XRD、Py-IR等手段对其进行了表征.结果表明,ZrO2前体的制备方法会明显影响ZrO2前体的比表面积及WOX-/ZrO2催化剂中四方ZrO2和单斜ZrO2晶型的比例,同时WO3的分散程度也有差异.单斜ZrO2太多及WO3晶型的出现会降低正庚烷临氢异构化反应活性;而ZrO2全部为四方晶型时,虽然有利于提高低温反应活性,但缺点是裂解选择性太高;而当单斜ZrO2和四方ZrO2共存,但以四方ZrO2为主,且没有WO3晶型出现时,既可保持较高的反应活性,同时又具有极高的异构化选择性.     

一种制备用于正庚烷异构化的Pt-WO3/ZrO2催化剂的新方法

 采用不同的ZrO(OH)2前驱体制备了WO3-ZrO2和Pt/WO3-ZrO2催化剂. 结果表明,与常规的ZrO(OH)2水凝胶为前驱体制备的WO3-ZrO2-CP催化剂相比,以常压流动氮气中干燥处理的ZrO(OH)2乙醇凝胶为前驱体制备的WO3-ZrO2-AN催化剂对正庚烷临氢异构化反应具有更高的催化活性. 当在 WO3-ZrO2-AN中添加少量Pt时,其催化活性和稳定性均得到显著提高. 表明以ZrO(OH)2醇凝胶为前驱体可以制备出高效稳定的Pt/WO3-ZrO2-AN催化剂.     

稀土氧化物的掺杂量对SO42-/ZrO2/Al2O3催化剂催化性能的影响

采用浸渍-沉淀法制备负载型纳米ZrO2/Al2O3,复合载体,并将不同量的氧化钕、氧化镨掺杂到负载型纳米ZrO2/Al2O3复合载体中以调变ZrO2的表面性能.同时以此复合载体负载SO42-制备SO42-/REXOY-ZrO2/Al2O3催化剂.运用XHD、BET、NH3-TPD、原位红外技术对催化剂的晶相结构、比表面积、孔径分布、酸中心种类等进行表征,并以α-蒎烯异构化为探针反应考察了催化剂的活性.结果表明,适量的稀土掺杂会增加催化剂的比表面积,降低ZrO2的粒径,从而增加催化剂表面SO42-的配位吸附量,提高表面酸中心数和酸强度,增强催化剂的活性.     

Al2O3／WO3／ZrO2固体强酸催化剂对正丁烷异构化的催化性能

 通过沉淀、回流、浸渍和焙烧等步骤制备了Al2O3／WO3／ZrO2固体强酸催化剂．采用XRD，N2吸附，UV－Vis光谱，NH3－TPD和H2－TPR等技术测定了Al2O3对WO3／ZrO2催化剂的结构、表面酸性、氧化还原性及正丁烷异构化反应性能的影响．结果表明，在WO3／ZrO2中引入适量的Al2O3对其表面酸强度及酸量无显著影响，但可使催化剂中的ZrO2组分以稳定的四方相形式存在，并能有效地抑制催化剂中WO3的聚集长大，从而提高催化剂的稳定性和正丁烷异构化的转化率和选择性．添加铂于Al2O3／WO3／ZrO2中可进一步提高其催化性能．还考察了催化剂的焙烧温度、Al含量、反应温度和反应气氛对正丁烷异构化反应的影响．     

固体超强酸(SO24-/ZrO2)的异丁烷/1-丁烯烷基化反应性能和失活研究

研究了固体超强酸(SO24-/ZrO2)催化剂的酸性及异丁烷-1-丁烯烷基化反应性能, 结果表明, 固体超强酸的酸性与焙烧温度有关, 适当提高焙烧温度有利于样品酸强度的提高, 但焙烧温度过高会导致脱硫, 使样品酸强度和酸量降低. 固体超强酸的异丁烷/1-丁烯烷基化催化反应活性与其酸性相对应, 酸性强, 反应活性高, 但催化剂的活性衰减很快, 这是催化剂表面的快速积炭所致.     

光还原Pt掺杂三维有序大孔ZrO2复合材料的光降解与光解水制氢

采用胶晶模板技术结合光还原方法制备了Pt掺杂复合材料三维有序大孔Pt/ZrO2(3DOM Pt/ZrO2)。通过X-射线衍射(XRD)、X-射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外–可见漫反射吸收光谱(UV–Vis/DRS)和氮气吸附–脱附等测试方法对纳米复合材料3DOM Pt/ZrO2的晶相、组成、结构、形貌以及表面物理化学性质等进行表征。结果表明,Pt掺杂复合材料3DOM Pt/ZrO2与单体ZrO2的晶相相一致,其形貌呈现三维有序大孔结构,且孔结构排列整齐有序,孔壁为介孔结构。经光还原作用后该复合材料中Pt主要以单质形式存在,并且均匀分布在三维有序复合材料表面。同时,与单体ZrO2相比,纳米复合材料3DOM Pt/ZrO2的BET比表面积显著增大,光吸收性能发生改变,在240–350 nm间呈现强吸收。另外,在多模式光降解实验中,3DOM Pt/ZrO2的光活性明显增强。同时,其光解水制氢性能差不多是P25的2.5倍。     

Au促进Pt/WO3催化甘油氢解制1,3-丙二醇

近年来, 以生物质为基础的生物柴油得到了迅速发展, 导致了粗甘油过剩. 通过甘油选择性氢解制1,3-丙二醇, 进而被用于合成高价值的聚对苯二甲酸丙二醇酯被认为是最具工业应用潜力的反应之一, 对于提高生物柴油的利用效率有着极其重要的意义. 但由于反应空间位阻和热力学上的限制给甘油氢解制1,3-丙二醇带来了很大的挑战, 因此需要设计高活性的金属-酸双功能催化剂以降低甘油第二个C-O键断裂的活化能和减少其他副反应的发生. 目前Pt-W和Ir-Re双功能催化剂可高选择性制得1,3-丙二醇, 但仍需较严苛的反应条件实现对氢气的活化和解离. 本课题组曾将准单原子/单原子Pt高度分散于具有大量氧空位和酸位点的WOx载体上, 十分有利于甘油选择性氢解制1,3-丙二醇反应; 在Au-Pt/WOx催化剂中添加Au可促进B酸产生, 进而提高了甘油转化率和1,3-丙二醇的选择性.为了进一步研究Au对Pt/WOx催化剂结构和催化性能的影响, 本文利用CTAB辅助吸附法制备了Au/WO3, 再浸渍Pt制得Pt/Au/WO3双金属催化剂. 在甘油选择性氢解制1,3-丙二醇反应中, 所制催化剂表现出比Au-Pt/WOx更好的催化活性, 1,3-丙二醇时空收率为0.078 g1,3-PDO/(gcat·h), 是后者的1.95倍. 值得一提的是, Au-Pt/WOx催化剂在低压时活性较高, 而Pt/Au/WO3催化剂活性则在压力的升高而提高; 另外反应温度的升高导致副产物正丙醇的选择性上升, 1,3-丙二醇的选择性降低. 因此, 适宜的反应条件为155℃和5 MPa. 与Pt/WO3和Pt/WOx相比, Pt/Au/WO3表现出了更优异的催化性能, 其1,3-丙二醇的时空收率是Pt/WO3的2.36倍和Pt/WOx的4倍.为了探究Au的掺入对Pt/WOx催化剂性能的影响, 通过XRD, TEM, H2-TPR和XPS等技术对催化剂进行了深入表征. 结果表明, 与Pt/WO3相比, Pt/Au/WO3-600催化剂的XRD衍射峰向小角度偏移, 其原因是Au3+离子半径(0.85 ?)比W6+的(0.60 ?)大, Au3+以取代晶格W6+形式进入WO3晶格中; 对H2-TPR前300 ℃耗氢量的计算可知:Pt/WO3可被还原至Pt/WO2.96, 而Pt/Au/WO3可被还原至Pt/Au/WO2.91. 因此与Pt/WO3相比, Pt/Au/WO3表面氧空位更加丰富. TEM和XPS表征可知, 添加0.1 wt%Au后, 促进了更低价态的Pt均匀分散在WO3载体上, 其平均粒径为2.36 nm.综上所述, Au的掺杂改变了Pt/Au/WO3双金属催化剂的结构, 不仅降低了Pt和W的还原温度, 削弱了Pt和W之间的相互作用, 也促进了更低价态的Pt均匀分散于WO3载体上, 使得Pt/Au/WO3双金属催化剂在甘油氢解制1,3-丙二醇反应中具有更为优异的活性和产物选择性. 该催化剂有望被广泛运用于其他生物质平台化合物加氢脱氧的反应中.     

Pt/CexZr1-xO2催化剂上丙烷完全氧化性能研究

采用沉淀法制备了ZrO2,CeO2和Ce0.7Zr0.3O2载体,并用浸渍法制备负载型Pt催化剂。考察了500和900℃焙烧催化剂的丙烷完全氧化性能和水汽对丙烷氧化反应的影响。对于500℃焙烧的催化剂,催化剂的丙烷氧化活性顺序为:Pt/ZrO2-500>Pt/CeO2-500>Pt/Ce0.7Zr0.3O2-500;而经900℃焙烧的催化剂活性顺序为:Pt/ZrO2-900>Pt/Ce0.7Zr0.3O2-900>Pt/CeO2-900。反应气氛中水汽的存在对两种Pt/ZrO2催化剂的活性均有抑制作用(T50温度均提高了10~15℃);而对于Pt/CeO2-500催化剂有抑制作用(T50温度提高10℃),但对Pt/CeO2-900催化剂活性有促进作用(T50温度下降25℃);对于两种Pt/Ce0.7Zr0.3O2催化剂活性具有促进作用(T50温度均下降5~25℃)。表征结果表明催化剂的活性与其表面Pt物种价态密切相关,催化剂表面上Pt0物种有利于活性的提高。Pt/Ce0.7Zr0.3O2-500催化剂中只含有氧化态Pt物种(Pt^2+),而Pt/Ce0.7Zr0.3O2-900催化剂中则含有部分金属态Pt物种,因此其活性高于Pt/Ce0.7Zr0.3O2-500催化剂。     

CeO2表面分散态WO3的氨选择性催化还原性能

铈基材料在氨选择性催化还原氮氧化物(NH3-SCR)的研究中备受关注,亦被认为是潜在的新型环境友好型催化剂.CeO2具有独特的氧化还原性能和优良的储释氧性能,易与其它金属氧化物发生协同催化而有利于提高催化剂的催化反应性能,而WO3可以改善催化剂的表面酸性.研究亦报道了WO3可以改善CeO2的NH3-SCR反应的高温活性和N2选择性,其原因在于WO3增加了铈基催化剂NH3的吸附性能且抑制了NH3非选择性氧化成NOx.我们采用浸渍法制备了一系列负载型WO3/CeO2催化剂,并利用XRD,Raman,XPS,H2-TPR,NH3-TPD和in situ DRIFT对其理化性质进行了表征,系统研究了WO3负载量对WO3/CeO2催化剂NH3-SCR催化性能的影响,主要研究的内容包括:(1)WO3/CeO2催化剂中WO3的状态与催化性能之间的关系;(2)WO3负载量对WO3/CeO2催化剂的NH3和NO吸附行为的影响.NH3-SCR反应测试表明WO3负载量对WO3/CeO2催化剂有显著影响,优化的WO3/CeO2催化剂在200–450℃具有良好的脱硝性能,且在300℃通入SO2+H2O条件下依然保持优异的催化活性.XPS和H2-TPR结果表明,WO3分散在CeO2表面抑制了CeO2表面活性氧和表面晶格氧的氧化能力,这导致催化剂对NO的氧化以及对硝酸盐的吸附性能相比于纯CeO2显著降低,同时,in situ DRIFT也证实,随着WO3负载量的增加,WO3/CeO2催化剂表面吸附硝酸盐能力下降.因此,我们认为,由于低活性的晶相WO3覆盖在催化剂表面,阻碍了催化剂的表面活性位,降低了催化剂的氧化还原能力和表面酸量,从而晶相WO3抑制了WO3/CeO2催化剂的催化活性.同时,我们发现在70℃下采用氨水可以洗掉WO3/CeO2催化剂中的晶相WO3,且洗涤后的样品催化活性有所提升,这进一步验证了晶相WO3对催化活性的抑制作用.In situ DRIFT结果表明WO3/CeO2催化剂上NH3-SCR反应是通过Eley-Rideal机理进行,即吸附NH3物种与气相NO之间发生反应.随着WO3负载量的增加,WO3/CeO2催化剂中NH3的吸附能力先增强后减弱,而NO吸附能力持续减弱,这有利于表面酸位在反应过程中不被硝酸盐阻碍,当WO3负载量在分散容量附近时,这种吸附特性的效果发挥到最大,从而最大限度地促进NH3-SCR反应按照Eley-Rideal机理顺利进行.     

SO2-4/ZrO2的相结构和超强酸性及其对丁烷异构化反应的催化活性

通过沉淀、回流和掺杂等方法制备了ZrO2呈四方相及单斜相的SO2-4/ZrO2(SZ),并用XRD,TEM,低温N2-BET和吡啶吸附IR等技术定量地测定和探讨了SZ的结构特征和表面超强酸性及其对丁烷异构化反应的催化活性. 结果表明,ZrO2呈单斜相结构的SZ表面Brnsted(B)酸与Lewis(L)酸的浓度比[B]/[L]较ZrO2以四方相为主的SZ高约40%,但其对丁烷异构化反应的比催化活性则较后者低约31%;由掺Mg2+所制备的ZrO2呈四方相的SMZ具有与ZrO2呈纯单斜相的SZ非常接近的[B]/[L]比,且表现出比未掺Mg2+的ZrO2以四方相为主的SZ更高的比催化活性. 从催化剂晶相结构对表面B酸浓度及强度影响的角度进行了讨论.