碳基磺酸化固体酸材料的制备及其催化性能

以蔗糖为原料,浓硫酸为磺酸化试剂制备了碳基磺酸化固体酸材料,考察了其催化对苯二酚烷基化和乙酸乙酯水解反应的性能.结果表明,该催化剂对这两个反应都具有较高的催化活性.在150℃反应4 h后,对苯二酚转化率和2-叔丁基对苯二酚收率分别达到了91%和60%,在60℃反应12 h,乙酸乙酯达到了平衡转化率94%,但催化剂稳定性较差,尤其在对苯二酚烷基化反应中失活严重,重复使用一次后,催化剂活性下降超过30%.详细考察了反应温度和溶剂对催化剂稳定性的影响,结果表明,该固体酸在低温的水相或非极性溶剂中较为稳定.通过酸碱滴定、红外光谱和紫外可见光谱等表征手段,对催化剂的失活原因进行了探讨,初步认定催化剂的失活是由于表面磺酸基团在反应过程中脱落所致.催化剂活性可以通过再磺酸化得到恢复.     

硅藻土负载Dawson型磷钨酸催化1,4-丁二醇环化脱水合成四氢呋喃

利用硅藻土为载体,用浸渍法制备了H6P2W18O62/硅藻土复合催化剂,采用FT-IR,XRD,SEM,EDS,TG和Py-IR对其进行表征.以1,4-丁二醇液相环化脱水制备四氢呋喃反应为探针,考察其酸催化性能,并对反应条件进行优化,同时还考察了催化剂的重复使用性能.催化剂兼具有Br nsted和Lewis酸性,当负载量为40%时磷钨酸在硅藻土表面单层覆盖,因而显示最大的总酸量,表现出最高的催化活性,在催化剂用量(以1,4-丁二醇质量计)3.2%,反应温度180℃,反应时间45 min,四氢呋喃产率可达97.1%.催化剂重复使用5次,产率仍可达62.9%.UV-Vis,TG和Py-IR方法表征结果表明,活性组分溶脱流失及结焦使催化剂酸中心减小是催化剂失活的原因.与传统酸性催化剂相比,采用H6P2W18O62/硅藻土作为反应催化剂不仅提高了反应产率(高于浓硫酸),简化了工艺流程,无酸腐蚀和污染问题,且催化剂无需处理可重复使用多次.     

固体酸催化烷基化反应中微量氟化氢反应助剂的作用 Ⅱ.助剂与催化剂的相互作用

 采用红外光谱、核磁共振光谱和X射线荧光法研究了异丁烷与丁烯烷基化反应中反应助剂HF与20%H3PW12O40/SiO2固体酸催化剂的相互作用. 结果表明,反应物料中微量的反应助剂HF酸并未与催化剂表面的活性组分磷钨酸H3PW12O40(HPW)分子发生化学反应生成新的化学物质和结构. 催化剂表面的活性组分HPW可以吸收HF分子进入它的体相,吸收阈值为每个HPW分子吸收5个HF分子. 催化剂活性组分HPW吸收了反应助剂HF进入体相后形成了HPW-5HF形式的杂多酸假液相,这大大增加了催化剂的酸中心密度和酸中心强度,加快了烷基化反应的关键中间产物C8＋与i-C4分子之间的氢转移反应, 从而大幅度提高了反应的目的产物三甲基戊烷的选择性.     

不同硅铝比HZSM—12分子筛的酸性及其烷基化合成异丙基苯的催化性能

本文研究了不同硅铝比HZSM-12催化剂的丙烯-苯气固相烷基化的催化性能。实验结果表明,随着硅铝比的降低,烷基化活性逐渐增加,老化速度减慢。应用TPD,IR和毗啶脉冲中毒等方法考察了HZSM-12的酸性与烷基化反应之间的关系。证实了烷基化反应是在HZSM-12分子筛上中等强度B酸中心上进行。这种酸中心数目越多,反应的活性越高,稳定性越好。用水蒸汽处理的方法,可减少HZSM-12催化剂上的强酸中心数,相对增加有利于烷基化反应的中等强度的酸中心数,因而可以减缓HZSM-12的失活速率,改善催化剂的稳定性能。     

微波固相法制备的ZnCl_2/Y在α-蒎烯环氧化物重排反应中的催化性能

考察了微波固相法制备的ZnCl2 /Y分子筛催化剂在α 蒎烯环氧化物重排反应中的催化性能 .催化剂活性及产物选择性与分子筛表面的酸性有关 .在微波作用下 ,ZnCl2 可分散于分子筛表面且可与分子筛中的阳离子发生固态离子交换反应 .分散的ZnCl2 (中强L酸 )有利于生成龙脑烯醛 ,固态离子交换生成的ZnY(弱L酸 )有利于α 蒎烯环氧化物重排生成松蒎酮 ;不同Na+ 交换度的HY分子筛表面具有不同的B酸中心 ,B酸的存在可使重排反应产物松香芹醇和香芹醇发生分子内脱水二次反应生成单萜烯 .用微波固相法制备催化剂时 ,随着ZnCl2 负载量的增加 ,产物香芹醇的选择性升高 ,分散于分子筛孔道内的ZnCl2 有利于生成香芹醇 .比较了不同溶剂对α 蒎烯环氧化物重排反应产物分布的影响 ,以环己烷作溶剂时 ,松蒎酮选择性可达 2 4% .通过对分子筛表面酸性的调变可实现选择合成 .     

改性HZSM-5分子筛上噻吩烷基化反应和失活再生性能的研究

采用不同碱单独处理和两种碱不同方式联合处理HZSM-5分子筛,制备微孔-介孔多级孔HZSM-5分子筛催化剂并应用于噻吩烷基化反应中。结果表明,不同碱单独处理和两种碱不同方式联合处理HZSM-5分子筛后,均能够在分子筛上造出介孔孔道且能够调变分子筛的酸性,其中,采用Na₂CO₃溶液和TPAOH溶液分开处理得到的分子筛催化剂织结构最适合噻吩烷基化反应;其次考察具有最佳织结构分子筛催化剂的噻吩烷基化反应稳定性,并分析催化剂失活的原因和再生条件。结果表明,当噻吩烷基化反应进行到1050 h后,催化剂已基本失活,催化剂失活的主要原因是,在反应过程中原料中反应组分间发生烯烃齐聚、环化、脱氢和芳烃烷基化等副反应生成的大分子化合物沉积在催化剂上,堵塞催化剂的孔道和遮盖催化剂的活性中心所致;对失活催化剂进行高温再生,从高温再生的能耗较大以及多次高温再生对催化剂酸性和骨架结构不利的角度考虑,选定催化剂的再生温度为550 ℃。     

二氧化硅负载杂多酸对异丁烷与丁烯烷基化的催化作用Ⅱ.反应机理和催化剂失活的量子化学研究

 以杂多酸为催化剂,应用量子化学计算方法,从分子结构和微观角度研究了异丁烷与丁烯的多相催化反应过程及催化剂失活的原因,比较了液体酸和固体酸催化烷基化反应的差别. 结果表明,固体酸催化剂的失活问题不可避免,因而不可能长时期运转,必须配合催化剂的再生工艺才有可能实现工业化应用. 液体酸的酸中心强度较均匀,有利于催化烷基化反应,开发无毒无污染的新型液体酸烷基化催化剂也是一个良好的努力方向.     

原位液相催化氮烷基化法反应

以胺和醇为原料,在Ni-Sn/Al2O3催化下液相合成氮烷基胺类化合物。反应工艺为连续式反应,醇既是烷基化试剂,又是供氢体和溶剂。考察了180 ℃下不同的胺与各类醇在Ni-Sn/Al2O3催化作用下的氮烷基化反应。研究表明该烷基化反应具有普遍的适用性,多数胺与甲醇、乙醇、正丁醇反应,具有较高的氮烷基化总产率。一些胺与醇反应产率甚至在99%以上。本文作了催化剂稳定性测试,并通过XRD和TEM对催化剂进行了表征,分析了催化剂失活的原因。研究表明,该催化剂具有很高的稳定性可保持高活性超过480 h,Lewis酸中心是氮烷基化反应的活性中心,随着反应进行,Lewis酸中心转化为Brφnested酸中心,致使催化剂活性降低。     

微波固相法制备ZnCl2/Y在α-蒎烯环氧化物重排反应中的催化性能

 考察了微波固相法制备的ZnCl2／Y分子筛催化剂在α－蒎烯环氧化物重排反应中的催化性能．催化剂活性及产物选择性与分子筛表面的酸性有关．在微波作用下,ZnCl2可分散于分子筛表面且可与分子筛中的阳离子发生固态离子交换反应．分散的ZnCl2（中强L酸）有利于生成龙脑烯醛,固态离子交换生成的ZnY（弱L酸）有利于α－蒎烯环氧化物重排生成松蒎酮;不同Na＋交换度的HY分子筛表面具有不同的B酸中心,B酸的存在可使重排反应产物松香芹醇和香芹醇发生分子内脱水二次反应生成单萜烯．用微波固相法制备催化剂时,随着ZnCl2负载量的增加,产物香芹醇的选择性升高,分散于分子筛孔道内的ZnCl2有利于生成香芹醇．比较了不同溶剂对α－蒎烯环氧化物重排反应产物分布的影响,以环己烷作溶剂时,松蒎酮选择性可达24％．通过对分子筛表面酸性的调变可实现选择合成．     

固体超强酸在异丁烷/丁烯烷基化反应中的再生研究

催化剂再生对于固体酸异丁烷／丁烯烷基化反应是必需的．虽然Broensted-Lewis共轭固体超强酸在温和条件下即对异丁烷／丁烯烷基化反应有良好的反应活性，但它仍象其它所有固体酸催化剂一样，面临着失活的问题．最主要的失活原因是积炭前身物生成并在催化剂表面的沉积，导致催化剂表面活性中心被覆盖．据此进行的再生方法研究集中在消除这些积炭前身物，本文中选择使用的是洗涤再生法，结果表明该方法对于该固体超强酸的再生在一定程度上是有效的。     

超临界流体状态下的异构烷烃与烯烃烷基化反应

成功地应用固体酸催化剂在超临界反应条件下进行了异构烷烃与丁烯的烷基化反应。在超临界反应条件下,固体酸催化剂在１４００ｈ的反应以后,仍保持１００％的烯烃转化率。探索出一个解决固体酸催化剂在烷基化反应中极易失活的有效方法。探讨了超临界流体抑制固体酸催化剂结炭失活的机制和烷基化反应中选择超临界反应条件的规律。     

脱铝丝光沸石表面酸性及其对α—蒎烯烷氧基化反应的催化作用

以盐酸水热处理方法制备了一系列脱铝丝光沸石催化剂,测定了其表面酸度和酸强度分布：考察了α－蒎烯与脂肪醇的烷氧基化反应中催化表面酸性、脂肪醇分子性质的影响规律;确定了催化剂的适宜酸强度范围,探讨了催化剂内、外表面酸中心对反应活性的贡献。     

表面修饰对金属负载型MZSM-5催化剂乙烯齐聚性能的影响

在较温和的中压条件下，研究了金属负载型MZSM-5分子筛经表面修饰制备的MZSM-5L催化剂的乙烯齐聚反应，并对各催化剂进行了表征．结果表明，MZSM-5L催化剂经有机碱表面修饰后，催化剂表面酸性降低，孔分布向有利于择形生成线性分子的小孔方向移动，催化乙烯齐聚反应活性适中、稳定性较好，反应产物以C10～C16烯烃为主，α-烯烃选择性大幅提高．择形生成α-烯烃的催化活性中心的强弱是由催化剂内表面的B酸位和L酸中心所决定的．     

苯磺酸修饰的层柱磷酸锆的制备及催化应用

以共缩合方法制备了一系列苯磺酸修饰的层柱磷酸锆材料,利用N2吸附、Si核磁共振、红外光谱和热重分析等方法对其结构进行了表征. 将其应用于对苯二酚与叔丁醇烷基化反应中,结果发现催化剂合成时的投料比对其催化性能有较大的影响,催化剂ZrP-0.4-2-10%-PhSO3H的催化性能最佳,反应4 h对苯二酚的转化率为85.4%,2-叔丁基对苯二酚得率达到58.5%. 酸性表征结果显示,催化剂活性与其表面可接触酸性位的数目密切有关. 该催化剂还具有较好的重复利用性能,反应3次后产物得率仅下降10%. 催化剂失活是由于磺酸基团的脱落或活性位被积碳覆盖所引起.     

催化噻吩类硫化物与烯烃烷基化硫转移反应的固体酸催化剂的失活机理

 催化裂化(FCC)汽油中的硫化物多以噻吩类硫化物的形式存在,而且相对集中在沸程较高的馏分中. 通过固体酸催化剂催化噻吩类硫化物与烯烃的烷基化反应生成多烷基噻吩,可较大程度地提高其沸点,再经精馏将硫化物转移至FCC汽油的重馏分中,从而达到脱硫目的. 考察了AlCl3-CT175树脂催化剂催化模型硫化物如噻吩、2-甲基噻吩及2-乙基噻吩与异丁烯的烷基化反应性能,采用GC-FPD和GC-MS技术研究了AlCl3-CT175树脂催化剂的失活机理. 结果表明,原料中的二烯烃杂质在固体酸催化剂作用下发生聚合反应结焦,覆盖在催化剂表面,堵塞孔道,从而导致催化剂失活.     

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.     

稻壳碳基固体酸催化剂的制备及在木糖脱水制备糠醛反应中的催化性能

以工业生产中碱法溶硅剩余的稻壳残渣为碳源,采用硫酸磺化法制备稻壳碳基固体酸催化剂,考察了其催化木糖脱水制备糠醛的性能.采用红外光谱、元素分析及表面酸浓度测定等手段对催化剂进行了表征.对固体酸催化剂的制备条件进行了优化,所得催化剂的表面酸浓度可达1.03 mmol/g.以木糖脱水制备糠醛为模型反应,考察了溶剂类别、反应温度和反应时间对固体酸催化剂催化性能的影响.实验结果表明,以二甲基亚砜(DMSO)为反应溶剂效果优于水,并且随着反应温度的升高和反应时间的延长,反应产率逐渐增加,最高可达75.8%.此外,还对催化剂的循环性能进行了研究,探讨了其失活原因和再生方法.     

A New Way to Obtain Mo/HZSM-5 Catalyst with High Activity and Selectivity for Methane Dehydro-aromatization 一种制备高活性和高稳定性甲烷无氧芳构化Mo/HZSM-5的新方法

 采用气相化学沉积法对HZSM-5分子筛的外表面进行选择性修饰,然后将它作为载体制备Mo/HZSM-5 催化剂,并应用于甲烷无氧脱氢芳构化反应. 改性的催化剂比未改性的催化剂表现出更好的甲烷转化活性、芳烃选择性和稳定性,明显地抑制了积碳的生成. 利用核磁氢谱对催化剂进行了表征. 在未经改性的Mo/HZSM-5催化剂表面,平均每个晶胞中含有1.12个B酸中心, 而在改性后的催化剂表面,平均每个晶胞中只有0.61个B酸位. 说明在甲烷无氧芳构化反应中,少量的B酸中心即可达到反应要求,过多的酸性位只会导致更多积碳物种的生成,从而加快催化剂失活速度,降低其稳定性.     

磷酸锆催化甘油气相脱水制备丙烯醛

以沉淀法、水热合成法和浸渍法制备了磷酸锆催化剂,通过X射线衍射、热重分析、氮气物理吸附、红外光谱和Hammett指示剂法对催化剂进行了表征,并将该催化剂用于甘油气相脱水反应.研究表明,由沉淀法得到的磷酸锆经过400℃焙烧后能达到最佳催化活性,在温和条件下,甘油可完全转化,丙烯醛选择性为81%,反应24h内催化剂失活不明显.不同方法制备的磷酸锆其结构和表面酸性显著不同,催化剂表面酸性对催化剂活性、丙烯醛选择性和催化剂的寿命均有较大影响.     

苯—长链烯烃烷基化催化剂的稳定性和再生性能

对中孔分子筛负载杂多酸催化剂在苯与十二烯烷基化反应中的失活行为及再生方法进行了研究。研究发现:负载型催化剂的活性、稳定性和产物分布均优于HY分子筛催化剂,在烷基化反应过程中,由烯烃聚合物衍生的焦质沉积在催化剂表面上,导致催化剂失活,并且反应温度越高,催化剂粒径越大,催化剂活性稳定性越差;随着催化剂生焦量增加,烯烃转化率递减,线性烷基苯选择性仅在970～998%之间变化,苯基十二烷中2-位异构体的含量提高,6-位异构体的含量降低。对失活催化剂进行烧焦再生或在反应温度以上用苯抽提再生,其活性得到部分恢复。