Co掺杂SAPO-5分子筛制备及其催化氧气氧化环己烷反应性能(英文)

环己醇和环己酮(KA油)是制备尼龙所需材料己二酸和己内酰胺的重要中间体,也可用作油漆、农药和染料等的溶剂以及染色和褪光丝的均化剂等.工业上制取KA油的方法主要为苯酚加氢法、环己烯水合法和环己烷氧化法,其中环己烷氧化法最为普遍,是非常重要的工业过程.为获得适宜的KA油选择性,工业上普遍采用Co盐为催化剂,将环己烷氧化单程转化率控制在5.0%以下,从而使得产物选择性达到70%以上.该环己烷氧化制KA油过程不仅生产效率较低,而且所用均相催化剂因分离困难而不能重复使用.因此,当前关于环己烷氧化反应催化剂的研究均是围绕多相催化剂进行.氧气选择性氧化环己烷反应因具有更高的原子经济性而逐渐成为环己烷氧化法制KA油研究中最具挑战性的课题.该反应是自由基机理,而Co~(2+),Cr~(3+),Mn~(2+)和Ce~(2+)等金属离子可以促进自由基链反应,因此含有这些金属的多相催化剂被广泛用于该反应.另一方面,AlPO-n系列分子筛由于具有特殊的孔结构和一定的表面酸性,在催化反应中显示出较大的应用潜力.如果进行杂原子掺杂,通过改变分子筛骨架的电荷平衡,可以有效提高其表面酸性.例如磷酸硅铝分子筛(SAPO-5)具有中等强度的酸性和良好的择形性,因而作为固体酸催化剂广泛用于乙醇脱水、甲醇制烯烃、丙烯聚合和苯乙烯环氧化等反应,表现出较高的选择性和良好的稳定性.本文以传统均相Co盐催化剂的多相化为出发点,制备了Co掺杂SAPO-5与分子筛催化剂(Co-SAPO-5),考察了Co掺杂量对催化剂结构、表面性质以及氧气选择性氧化环己烷反应性能的影响.结果表明,一部分Co进入分子筛骨架,同时有少量Co以氧化钻形式高度分散在SAPO-5表面.Co掺杂对SAOP-5催化剂比表面积没有显著影响,但可使其孔体积减小.相反,Co掺杂可以提高SAOP-5分子筛表面B酸性位数量和总酸量.活性测试结果表明,环己烷转化率随着Co-SAPO-5催化剂中Co含量的增加而增加,但KA油选择性在转化率高于6.3%时急剧下降.还考察了反应温度、反应时间、初始氧气压力和催化剂用量对Co-SAPO-5分子筛催化剂性能的影响,得到了最优反应条件.以Co-SAPO-5-0.2(Co/Si摩尔比为0.2)分子筛为催化剂时,KA油总收率最高可达7.8%.另外,Co-SAPO-5催化剂在环己烷氧化反应中显示出很好的稳定性,Co-SAPO-5-0.2催化剂套用6次后活性几乎没有变化.     

不同钴含量CoAPO-5分子筛的合成、表征及其催化环己烷氧化性能

用水热法合成了一系列不同含量钴掺杂的磷酸铝分子筛CoAPO-5. 合成的样品用X射线衍射(XRD), 扫描电镜(SEM), 紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS), 热重分析(TG)仪和电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES)等进行了表征. XRD表征显示, 合成的CoAPO-5分子筛具有较高的结晶度, 分子筛晶胞参数与Co含量之间存在较好的对应关系. UV-Vis漫反射光谱显示合成的CoAPO-5分子筛具有骨架钴的特征三重峰; 焙烧后峰的强度降低, 表明分子筛骨架中Co2+可被氧化成Co3+. SEM表明该分子筛具有典型的AlPO4-5分子筛形貌特征. TG结果也表明Co2+进入了分子筛骨架, 分子筛具有较好的稳定性. 在环己烷氧化反应中CoAPO-5具有较好的催化性能, 环己烷转化率与环己酮选择性均较高; 随着分子筛中钴含量的增加, 环己烷的转化率增加.     

Co-APO-5分子筛催化的环己烷选择氧化:溶剂和改性方法对其催化性能的影响（英文）

通过合成改性制备了系列Co-APO-5分子筛催化剂,用于环己烷选择氧化,研究了溶剂和改性方法对其催化性能的影响。结果表明,含有π键的极性溶剂对环己烷选择氧化反应有利,环己烷转化率随着π键极性的增加而提高。引入Si和F降低了Co-APO-5分子筛骨架中四配位钴的含量;引入F后Co-APO-5分子筛的结晶度有所提高,而引入Si则能改善Co物种的氧化和还原性,提升其催化反应活性。同时,Co-APO-5的催化活性与其骨架中四配位Co(II)的含量相关,说明骨架Co(II)是环己烷选择氧化的催化活性中心。     

Co-APO-5分子筛催化的环己烷选择氧化:溶剂和改性方法对其催化性能的影响

通过合成改性制备了系列Co-APO-5分子筛催化剂,用于环己烷选择氧化,研究了溶剂和改性方法对其催化性能的影响。结果表明,含有π键的极性溶剂对环己烷选择氧化反应有利,环己烷转化率随着π键极性的增加而提高。引入Si和F降低了Co-APO-5分子筛骨架中四配位钴的含量;引入F后Co-APO-5分子筛的结晶度有所提高,而引入Si则能改善Co物种的氧化和还原性,提升其催化反应活性。同时,Co-APO-5的催化活性与其骨架中四配位Co（Ⅱ）的含量相关,说明骨架Co（Ⅱ）是环己烷选择氧化的催化活性中心。     

MeAPO-5分子筛的合成及其在肉桂醇选择氧化反应中的催化性能

采用水热法合成了一系列杂原子磷铝分子筛MeAPO-5(Me=Co,Fe,Cu,Zn,Mn),并利用X射线衍射(XRD),热重-差热分析(TG-DTA),电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)和漫反射紫外-可见光谱(DRUV-Vis)等技术对分子筛的结构,化学组成以及金属离子的存在状态进行了表征.结果表明,合成的纯相MeAPO-5分子筛具有较高的结晶度,金属杂原子种类显著影响其在MeAPO-5分子筛中的存在状态,取代度及合成样品的结晶度.Co2+,Fe3+,Zn2+和Mn2+较易进入分子筛骨架,而Cu2+较难进入.通过考察MeAPO-5分子筛在肉桂醇氧化反应中的催化性能,发现CoAPO-5分子筛具有良好的选择氧化催化性能,1,4-二氧六环是较好的溶剂,调变反应温度可以有效调控产物的选择性.     

Hβ分子筛在环己烷过氧化氢分解中的催化活性

 使用不含过渡金属的Hβ分子筛催化环己烷过氧化氢分解反应,考察了主要产物环己醇和环己酮随反应时间和温度的变化. 结果表明, Hβ分子筛具有很高的催化活性,其TOF值高达181.9 h-1, 与贵金属催化剂5%Ru/Al2O3相当. 在125 ℃下环己醇和环己酮的总选择性达84.6%. 反应的主要副产物为环己酮缩合和羰基加成产物.     

钴分子筛催化剂的制备及其分子筛载体对环己烷氧化选择性的影响

为了考察催化剂载体的孔道结构和择形性能对环己烷部分氧化反应的影响,采用直接水热法制备出了Co/S-1,Co/TS-1以及Co/MCM-41分子筛催化剂.XRD,FT-IR和SEM结果表明合成的样品具有较高的结晶度,晶粒大小均匀,其活性组分钴进入了分子筛骨架.采用氧气为氧化剂,考察了合成的钴催化剂样品对环己烷部分氧化的催化性能,并与CoAPO-5、Co/A l2O3、均相Co(OAc)2.4H2O催化剂以及无催化氧化的结果进行了比较.实验结果表明:分子筛载体能利用其孔道结构和择形性能,降低环己醇(酮)选择性对环己烷转化率的依赖性,且反应的选择性随分子筛载体孔径的增加而下降.孔道较小的Co/TS-1和Co/S-1做催化剂时,过氧化物含量低,环己烷转化率可达5%以上,同时反应总选择性为95%左右.     

新型分子筛Ti-MMM-1的合成及其催化性能的研究

通过控制TEOS的水解，在不同时间添加与MCM-41和MFI相应的有机模板剂合成出了一种新型分子筛，Ti-MMM-1，采用XRD、FT-IR和低温N2吸附对其进行表征，并用H2O2氧化环己烷和环己醇对其催化活性进行评价．结果表明，Ti-MMM-1是一种具有MCM-41和MFI结构的两相混合的微孔／介孔材料，IR分析表明钛原子已进入分子筛骨架，并在环己烷和环己醇的氧化中表现出较好的催化活性和较高的选择性．     

用于费托合成的骨架Co@HZSM-5核壳催化剂

以骨架Co 为内核, 通过水热合成在其表面包覆HZSM-5 分子筛膜, 制备了具有核壳结构的骨架Co@HZSM-5 催化剂. 采用元素分析、氮物理吸附、粉末X射线衍射、扫描电子显微镜、氨脱附等手段对催化剂的物理化学性质进行了表征. 在气相费托合成反应中, 骨架Co@HZSM-5 核壳催化剂显示了比物理混合的骨架Co-HZSM-5催化剂更好的催化裂解作用, 故C₅-C₁₁汽油段产物选择性高. 通过改变水热时间, 对分子筛膜厚进行了调节, 发现适当的分子筛膜厚在保证催化剂具有较高活性的前提下, 使长链费托合成产物完全裂解, 高选择性地得到汽油段产物. 提高反应温度有利于费托合成反应的进行以及分子筛上裂解效率的提高, 但产物分布向短链烃方向移动. 在水热4天制备的骨架Co@HZSM-5核壳催化剂上及反应温度为250 ℃时, 得到了最佳反应结果, 汽油段产物选择性达79%, 说明费托合成活性中心与催化裂解酸中心之间形成了良好的协同作用.     

金属磷酸铝分子筛CdAPO-5的合成、结构及催化性能(Ⅰ)

用水热晶化法，以TEAOH（四乙基氢氧化铵）为模板剂会成出了CdAPO-5分子筛晶体。对样品进行XRD、IR、电子探针等分析，确认其具有AIPO4－5型分子筛结构，属六方晶系，并证实金属Cd进入分子筛的结构骨架，同时对其吸附性能、热稳定性及催化活性进行研究，结果表明CdAPO-5分子筛作为催化剂不仅热稳定性好，机械强度高，且对乙炔水合制乙醛、乙醇脱水制乙醚等反应具有良好的催化性能。     

Synthesis and Surface Acidity of MeAPO-5 Molecular Sieves

Metal substituted aluminum phosphate molecular sieves, MeAPO-5 (Me = Co, Mn, Fe(II), Fe(III), and Mg) were synthesized and characterized with X-ray diffraction and scanning electron microscopy. The acidity was determined by temperature programmed desorption of ammonia, Desorption peaks at around 200°C were observed for all the MeAPO samples studied. Additional desorption peaks at around 300°C were found in MnAPO-5, CoAPO-5, and MAPO-5. MnAPO-5, CoAPO-5, and MAPO-5 also show good activities toward the cracking reaction of cumene at 350°C, while Fe(II)APO-5 and Fe(III)APO-5 show some activity at 500°C. The order of the cracking activity correlates with the presence of strong acidic sites in MnAPO-5, CoAPO-5, and MAPO-5 as indicated by the TPD of ammonia.     

Dehydration and dehydrogenation of cyclohexanol over AlPO4-5 based molecular sieves

The role of incorporated divalent metal (Mn, Mg, Co and Zn) incorporated into the framework of AlPO₄-5 in conversion of cyclohexanol has been examined. The influence of these metals to cyclohexene and cyclohexanone selectivities was correlated to the acidity and basicity properties of these molecular sieves. Possible mechanism for the dehydration and dehydrogenation for cyclohexanol was proposed.     

A comparative investigation of Co2+ and Mn2+ incorporation into aluminophosphates by in situ XAS and DFT computation

The incorporation processes of Mn2+ and Co2+ into the framework of aluminophosphate molecular sieve AlPO4-5, at the onset of crystallization, were investigated by in situ synchrotron X-ray absorption spectroscopy (XAS) and density functional theory (DFT) computation. The results indicated that the syntheses of MnAPO-5 and CoAPO-5 were different in the incorporation mechanism of metal ions. For the synthesis of CoAPO-5, Co2+ transferred from an octahedral into tetrahedral structure with crystal formation, while, for MnAPO-5, the Mn2+ transition to the tetrahedral structure was much more difficult and it occurred after the appearance of long-range ordered microporous structure. The DFT computations of model intermediates involved in the synthesis process suggested that much higher transformation energy of [Mn(OP(OH)3)4]2+ than that of [Co(OP(OH)3)4]2+ was responsible for the diversity of the incorporation behaviors.     

Ru-SBA-15的合成、表征及催化活性

在酸性条件下直接合成了Ru-SBA-15．经XRD、N2吸附-脱附、TEM表征其保持了高度有序的六方介孔结构，并在用氧气催化氧化环己烷的过程中表现出了优异的催化性能．     

A highly efficient oxidation of cyclohexane over Au/ZSM-5 molecular sieve catalyst with oxygen as oxidant

A highly efficient oxidation of cyclohexane to cyclohexanol and cyclohexanone is accomplished over calcined Au/ZSM-5 molecular sieve catalyst with oxygen as oxidant.     

无溶剂体系中非均相催化剂催化环己烷氧化反应研究

本文合成了苯乙烯-马来酸酐共聚物(SMA)桥联N-羟基邻苯二甲酰亚胺(NHPI)和Co/ZSM-5两种非均相催化剂, 用FT-IR、 XRD进行了结构表征. 考察了这两种非均相催化剂在无溶剂体系中对环己烷的催化氧化行为, 并对各反应因素的影响进行了研究. 结果表明: 在最佳反应条件下, 环己烷的转化率可达26.8%, 此时KA油、己二酸和环己基过氧化氢的选择性分别为71.6%、 10.9% 和2.6%. 在测试温度范围内, 反应速率常数Ka 和反应温度之间存在Arrhenius关系, 相关系数是0.9878, 数学表达式为lnKa = -3012/ T+ 1.279. 催化剂的稳定性研究显示两种非均相催化剂都具有很高的热力学稳定性, 可以重复使用五次.