n-Butane Oxidation over γ-Al2O3 Supported Vanadium Phosphate Catalysts

Four vanadium phosphate catalysts supported onγ-Al_2O_3(20 wt%)were synthesized via wetness impregnation of VOHPO_4·0.5H_2O precursor and calcined for different durations(6,10,30 and 75 h)at 673 K in a reaction flow of n-butane/air mixture.The samples calcined for 6 and 10 h produced only a single phase of(VO)_2P_2O_7.However,the VOPO_4 phase(β-VOPO_4)was detected and became more prominent with only a minor pyrophosphate peaks were found after 30 h of calcination.All these pyrophosphate peaks disappeared after 75 h of calcination.The formation of V~(5 )phase was also observed in the SEM micrographs.The redox properties and the nature of oxidants of the catalysts employed in this study were investigated by H_2-TPR analysis.Selective oxidation of n-butane to maleic anhydride(MA) over these catalysts shows that the percentage of n-butane conversion decreases with the transformation of the catalysts from V~(4 )to V~(5 )phases.An appropriate ratio of V~(5 )/V~(4 )can enhance the performance of the VPO catalyst.However,a higher amount of V~(5 )and its associated oxygen species are responsible to promote the MA selectivity.     

掺Ni钒磷氧化物催化剂的合成和表征

以VOPO4.2H2O为原料制备了钒磷氧化物催化剂,考察了镍掺杂(1%,2%和5%)对该催化剂的影响.低掺杂量的Ni明显提高了活性晶格氧物种O-的数量,降低了V5 和V4 相的还原峰温.粉末X射线衍射、程序升温还原和化学分析结果表明,高掺杂量的Ni促使V5 物相生成并抑制V4 物相出现.高含量与V5 相关的氧物种会降低正丁烷的转化率,但会提高马来酸酐的选择性.     

Promotional Effect of Bismuth as Dopant in Bi-Doped Vanadyl Pyrophosphate Catalysts for Selective Oxidation of n-Butane to Maleic Anhydride

Bismuth-promoted (1% and 3%) vanadyl pyrophosphate catalysts were prepared by refluxing Bi(NO3)3·5H2O and VOPO4·2H2O in isobutanol. The incorporation of Bi into the catalysts lattice increased the surface area and lowered the overall V oxidation state. Profiles of temperature programmed reduction (TPR) in H2 show a significant shift of the maxima of major reduction peaks to lower temperatures for the Bi-promoted catalysts. A new peak was also observed at the low temperature region for the catalyst with 3% of Bi dopant. The addition of Bi also increased the total amount of oxygen removed from the catalysts. The reduction pattern and reactivity information provide fundamental insight into the catalytic properties of the catalysts. Bi-promoted catalysts were found to be highly active (71% and 81% conversion for 1% and 3% Bi promoted catalysts, respectively, at 703 K), as compared to the unpromoted material (47% conversion). The higher activity of the Bi-promoted catalysts is due to that these catalysts possess highly active and labile lattice oxygen. The better catalytic performance can also be attributed to the larger surface area.     

正丁烷氧化制顺酐Ce基复合氧化物VPO催化剂研制

在用共沉淀方法制备的Ｃｅ－Ｆｅ复合氧化物中,加入ＶＰＯ化剂制备复合ＶＰＯ催化剂;井测试结构、氧化还原性能以及催化性能。实验结果表明,Ｃｅ－Ｆｅ复合氧化物的组成和数量均对复合ＶＰＯ催化剂的结构产生较大的影响,Ｃｅ－Ｆｅ复合氧化物的加入,提高了复合ＶＰＯ催化剂表面低温氧物种的活性,降低了品格氧物种的ＴＰＲ出峰温度,无论在有无气相氧条件下,复合ＶＰＯ催化剂的晶格氧均有良好的反应催化性能。     

正丁烷选择氧化过程中VPO体系的表面物种

用漫反射傅立叶变换红外光谱法,研究了VPO催化剂上正丁烷选择氧化制顺酐的表面物种及催化反应过程。催化剂暴露在1．5％n-C4 21％02＋N2的流动混合气中,流量为50mL/min,温度100－400℃,在催化剂表面上未观察到吸附的正丁烷,但发现了吸附的顺酐和COx。同时,检测到吸附的马来酸和高活性的烯烃物种。     

Selective Oxidation of n-Butane over VPO Catalyst Modified by Different Additives

A series of vanadyl pyrophosphate catalyst （VPO） modified by different additives have been prepared with the aim to study the performance for selective conversion of n-butane to maleic anhydride（MA）. The addition of various promoters improved the catalytic performance remarkably on both activity and selectivity. The correlation of activity and selectivity of the catalysts with their structure has been discussed. The increase in BET surface areas and surface redox sites leads to an enhanced activity. However, good selectivity can only be obtained on those surfaces with suitable surface acid sites.     

超临界流体干燥方法在丁烷选择性氧化制顺酐

分别用超临界流体干燥方法和传统方法制备了用于丁烷选择性氧化制顺酐的VPO催化剂. 用超临界流体干燥方法制备的催化剂VPOⅡ的比表面积高达38.8 m2/g,而用传统方法制备的催化剂VPOⅠ的比表面积只有10.7 m2/g. XRD分析表明,除催化剂VPOⅡ中的VOPO4相含量比催化剂VPOⅠ稍多外,这两种催化剂的主要结构均为(VO)2P2O7相. 在有氧和无氧条件下进行的丁烷氧化制顺酐的催化反应结果表明,用超临界流体干燥方法制备的催化剂不仅具有较高的顺酐收率,而且含有更多的可在无氧条件下参与选择性氧化反应的晶格氧(催化剂VPOⅡ的可利用选择性晶格氧量比催化剂VPOⅠ增加了1.5倍). 用超临界流体干燥方法可以改善催化剂性能的原因可能与催化剂具有较大的比表面积和较多的V5+有关.     

VPO催化氧化正丁烷反应动力学

VPO催化氧化正丁烷制顺酐是目前唯一实现工业化的低碳烷烃选择氧化反应。本文介绍了VPO催化机理和主要的反应网络,综述了国内外反应动力学的研究进展情况。根据人们对正丁烷氧化反应机理的不断认知及动力学模型的完整性,首次将正丁烷氧化制顺酐反应动力学的发展分为探索期、成型期和拓展期三个时期,并阐释了每个时期的特征和典型模型。探索期特征是仅考虑反应物在催化剂表面的吸附行为,成型期特征是充分考虑了产物对反应的抑制作用,拓展期特征是考虑了催化剂氧化度不断变化的动态过程并将不同氧气形式之间的相互变化引入动态模型中。从时空多尺度角度研究动力学和传递之间的相互作用是正丁烷选择氧化反应动力学下一步的研究重点,也是未来动力学研究的发展方向。     

Co Oxidation Activity And Tpr Characterization Of Ag-Mn Complex Oxide Catalysts

A series of Ag-Mn complex oxides was prepared by co-precipitation method and used for carbon monoxide oxidation. The catalysts were characterized by means of XRD and H₂-TPR techniques. A synergistic interaction between silver oxide and manganese oxide is responsible for the high activity of carbon monoxide oxidation at low temperature.     

Effect of Fe dopant on the physico-chemical and catalytic properties of vanadyl pyrophosphate catalysts

Summary 1% of Fe-doped and undoped vanadyl pyrophosphate catalysts were prepared via dihydrate method. The catalysts have been characterised by XRD, ICP, BET and SEM. The undoped catalyst was found to be more active and selective (77.6% selectivity at about 60 % conversion at 703 K).     

丁烷氧化制顺酐固定床反应器人为非定态操作性能的研究

丁烷选择氧化制顺酐是迄今唯一已经工业化的低碳烷选择氧化反应,模拟研究和在实验室微型反应器上的研究结果证实,在适宜的操作条件下,通过固定床反应器人为非定态操作能够改善反应的时均性能,提高顺酐的选择性和收率。本文在小试规模（装填３０ｇ原粒度工业催化剂）的单管固定床反应器实验装置上,开展了丁烷选择氧化反应人为非定态操作性能的研究,在适宜的操作条件下,进料组成周期性变化虽然提高了顺酐的选择性,但降低了丁烷的转化率,同时改变反应温度和进料组成能够显著提高顺酐的时均收率。     

醇在钒基催化剂上的氧化

以过氧化叔丁醇作为氧化剂,研究了醇类(苯甲醇、1-苯基乙醇和环己醇)在钒基催化剂上的氧化反应.制备了含苯磷二酚配体或吡嗪-2-羧酸酯配体的钒配合物,并运用傅里叶变换红外光谱、核磁共振谱、紫外-可见光谱及元素分析对其进行了表征.考察了溶剂对该类反应的影响.发现在甲苯溶剂中进行氧化反应时,苯甲醇被氧化成苯甲醛而不会被深度氧化为苯甲酸;而在乙腈溶剂中,苯甲醛和苯甲酸均有生成.此外,对不同钒磷氧化物的催化活性进行了比较,结果表明,在乙腈溶剂中的产品收率比在甲苯溶剂中高.     

用于丁烷选择氧化制顺酐的铈锆复合钒磷氧催化剂的研究

 在钒磷氧（VPO）催化剂中添加适量铈锆复合氧化物，得到了一\r\n种新型的铈锆复合钒磷氧催化剂．该催化剂对丁烷选择性氧化制顺酐反\r\n应的催化性能比纯VPO催化剂有了显著提高．在丁烷／空气共进料反应\r\n条件下，其顺酐收率比纯VPO催化剂提高了一倍；在无氧反应条件下，\r\n其可参与选择性氧化制顺酐的晶格氧量为纯VPO催化剂的2．2倍．BET比\r\n表面积测试、X射线衍射、钒平均价态测定和程序升温实验等表征结果\r\n表明，混合在催化剂活性相中的少量铈锆复合氧化物参与了VPO体系的\r\n氧化还原过程，并起到了以下两方面的作用：（1）促进了（VO）2P2O\r\n7相的形成，稳定了钒的平均价态，有利于最终形成晶相结构良好和反\r\n应性能稳定的VPO催化剂；（2）显著提高了VPO催化剂的氧化还原性能\r\n，大大增加了催化剂的可逆储氧量．     

新型水溶性钴酞菁的制备及其催化氧化硫醇的性能

采用丁二酸酐、顺丁烯二酸酐对四氨基钴酞菁进行改性后制得两种新型水溶性钴酞菁衍生物, 测试了这两种改性钴酞菁对巯基乙醇的催化氧化性能, 并考察了溶液pH值、温度和时间对催化氧化活性的影响, 结果表明, 在pH＝11时, 两种改性钴酞菁对巯基乙醇的催化氧化性能最好;随着温度的升高, 催化氧化性能提高.     

Zn、Mn助剂对CuFe合成低碳醇催化剂的影响

研究了锌、锰助剂对CuFe合成低碳醇催化剂结构及性能的影响. 低温N2吸附、X射线衍射(XRD)和H2-程序升温还原(H2-TPR)结果表明, 锌的添加导致催化剂比表面下降, 不利于活性相的分散; 而锰则促进铜铁的分散, 增加了铜铁的接触面积, 有利于二者之间的相互作用. CO吸附的漫反射红外光谱(DRIFT)表明, 锌增强了铁对CO的吸附能力, 这种效应与ZnFe2O4的形成有直接关系; 而锰助剂由于稀释效应, 减弱了铁对CO吸附能力和链增长能力. 催化剂的反应性能测试表明, 与CuFe催化剂相比, CuZnFe催化剂的活性大幅度提高, 但C2+醇选择性下降; CuFeMn催化剂的活性却有所下降, C2+醇选择性也降低, 但总醇的选择性提高. 双助剂修饰的催化剂表现出明显的协同效应, 改变了催化剂的织构, 降低了Cu的还原温度, 修饰了Fe的还原性能. 更重要的是, Zn和Mn的添加显著增强了CO在催化剂表面的吸附量. 催化剂催化性能总体上优于CuZnFe和CuFeMn催化剂.     

正丁烷氧化制顺酐流化床催化剂的性能

 考察了前驱体制备过程中水合肼／五氧化二钒摩尔比（以下简记\r\n为n（N2H4）／n（V2O5））对催化剂性能的影响．由较高的n（N2H4）\r\n／n（V2O5）比制得的催化剂，其（VO）2P2O7相含量较多，正丁烷转化\r\n率较高．随着n（N2H4）／n（V2O5）比的减小，δ－VOPO4相的含量逐\r\n渐增多，正丁烷转化率随之升高；而顺酐选择性开始时升高，达到最大\r\n值后逐渐降低．在n（N2H4）／n（V2O5）＝0．34时制备的催化剂最佳\r\n，在丁烷浓度为4．0％、空速为500h－1及反应温度为420℃的反应条件\r\n下，顺酐收率可达49．74％．本文中细粒床催化剂有较大的操作弹性．     

Nanostructured Vanadium Oxide Model Catalysts for Selective Oxidation Reactions

Controlled synthesis based on spectroscopic characterization, structure, and catalytic performance of mesoporous silica SBA‐15‐supported vanadium oxide model catalysts (see TEM image) are reviewed. The effect of water on the structure and dispersion of highly dispersed vanadium oxide is discussed in the light of recent results in multiple in situ spectroscopy.

     

正丁烷在VMgO和Ni-VMgO催化剂上氧化脱氢

 采用4种方法制备了VMgO催化剂样品(w(V2O5)=30%,w(MgO)=70%),并将其用于正丁烷氧化脱氢气固相反应. 结果表明,MgO经蒸馏水回流和焙烧处理后再用NH4VO3溶液浸渍所制得的VMgO,对正丁烷氧化脱氢生成丁烯和丁二烯反应具有更好的催化性能. 这是由于用该法制备的VMgO催化剂中存在较多的Mg3V2O8物种. 通过添加Ni对VMgO催化剂进行了改性. 结果表明,适量添加Ni(n(Ni)/n(V)=0.3)有利于催化剂中Mg3V2O8的生成,而Ni以Ni3V2O8的形态存在. 由此明显改善了VMgO催化剂对正丁烷氧化脱氢生成丁烯和丁二烯反应的催化性能.     

二甲基亚砜对钒磷氧催化剂性能的影响

在制备钒磷氧催化剂前驱体的过程中,加入高沸点溶剂二甲基亚砜（DMSO）,改善了钒磷氧催化剂对正丁烷氧化制顺丁烯二酸酐的催化性能．催化性能评价实验表明,当DMSO／V（摩尔比）=0．1时,用催化剂（D0.1-VPO）制备顺酐的收率达到最大（49．4％）,与没有加入DMSO的催化剂（VPO）相比其选择性由57％提高到76％,转化率达到65％．采用BET,XRD,SEM,FT-IR等方法分析,发现添加DMSO能增大催化剂的比表面积,改变催化剂前驱体择优取向和催化剂的微观形貌,形成了一些具有纳米尺度的催化剂颗粒．     

不同助剂掺杂的铬基催化剂的制备及其对乙烷氧化脱氢的催化性能

以硝酸盐作为前驱体,Al₂O₃为载体,采用等体积浸渍法制备了系列不同助剂（Mn, Co, Ce）及不同助剂含量（1%, 3%, 5%, 7%, 10%）掺杂的铬基催化剂,其结构经X-射线粉末衍射(XRD)、 H₂程序升温还原(H₂-TPR)和CO₂程序升温脱附（CO₂-TPD）表征。并考察了催化剂对乙烷氧化脱氢反应的催化性能。结果表明：添加Co助剂有利于活性组分铬的分散,10Cr₃Co/γ-Al₂O₃催化剂表现出最佳催化性能,在反应温度为650 ℃, V(CO₂) ：V(C₂H₆)=3 ：1,空速(GHSV)为3 600 mL·（g·h）^-1条件下,在该催化剂上乙烯产率为36.5%。