[CuO-ZnO-Al2O3]/[HZSM-5]核壳双功能催化剂的制备、结构及其CO2+H2直接合成二甲醚反应性能

利用水热合成法制备了一系列不同晶化时间的核壳结构双功能催化剂[CuO-ZnO-Al₂O₃]/[HZSM-5],通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和能量分散谱(EDS)对催化剂结构进行了表征,并考察了核壳催化剂CO₂加氢直接合成二甲醚的反应性能。结果表明,通过水热合成法可在甲醇合成催化剂CuO-ZnO-Al₂O₃表面包覆一层完整的HZSM-5分子筛膜,形成核壳结构,并且调节晶化时间可以控制分子筛晶粒尺寸及膜厚。与物理混合法制备的传统双功能催化剂相比,核壳结构催化剂合成二甲醚的选择性显著提高,其中晶化时间为3d的催化剂反应性能最为理想,CO₂转化率为38.9%,二甲醚选择性达到77.0%。     

氟硅酸铵改性纳米HZSM-5分子筛催化甲醇制丙烯

在静态条件下, 采用不同浓度的氟硅酸铵溶液对纳米ZSM-5分子筛进行了改性处理. 利用粉末X射线衍射(XRD)、²⁷Al 魔角旋转固体核磁共振(²⁷Al MAS NMR)、X射线荧光光谱(XRF)、X射线光电子能谱(XPS)、N₂ 吸附、透射电镜(TEM)、NH₃程序升温脱附(NH₃-TPD)、吡啶吸附红外光谱(Py-IR)等技术对改性前后纳米ZSM-5分子筛的骨架结构、织构性质、酸性质进行了表征. 并在常压、反应温度为450℃、甲醇质量空速(WHSV)为1 h^-1的条件下, 研究了改性前后纳米HZSM- 的甲醇制丙烯(MTP)催化性能. 结果表明, 合适浓度的氟硅酸铵处 理能够选择性地脱除纳米ZSM-5 分子筛的外表面铝, 从而使得HZSM-5 的酸密度降低, 比表面积和孔容增大, MTP催化性能显著提高. 氟硅酸铵改性后纳米HZSM-5 的丙烯选择性和丙烯/乙烯(P/E)质量比分别由原来的 28.8%和2.6提高到45.1%和8.0, 催化剂寿命增加了近2倍.     

硅烷化对NH3选择性催化还原NOx催化剂CuCe/BEA水热稳定性的促进作用

采用硅烷化改性NH₃选择性催化还原NO_x催化剂CuCe/BEA,以提高催化剂的水热稳定性。X射线衍射、扫描电子显微镜和²⁷Al核磁共振谱图等研究证实,硅烷化改性明显抑制BEA分子筛骨架中Si-O-Al键的水解,保持其结构完整,从而有效提高水热处理后CuCe/BEA的催化活性。氨气-程序升温脱附和原位漫反射傅里叶变换红外光谱研究结果表明,硅烷化改性的催化剂由于保持更完整的骨架结构能够形成更多的酸性位点。此外,氢气-程序升温还原和X射线光电子能谱测试表明,硅烷化改性有利于提高活性铜物种的分散性。因此,相比于CuCe/BEA催化剂,硅烷化改性的CuCeSi/BEA催化剂具有更多的酸性位点和高度分散的Cu物种,共同促进了催化剂的水热稳定性。     

水热处理对纳米HZSM-5分子筛酸性及催化甲醇制丙烯反应性能的影响

对纳米HZSM-5分子筛进行水热处理,利用N2吸附-脱附、X射线衍射(XRD)、铝固体核磁共振(27AlMASNMR)、氨-程序升温脱附(NH3-TPD)和吡啶吸附傅立叶变换红外(FT-IR)光谱等技术对改性前后样品的结构和酸性进行了详细表征,并在常压、500℃和甲醇质量空速(WHSV)为1.0h-1的反应条件下,在连续流动微型固定床反应器上考察了其催化甲醇转化制丙烯反应的性能.结果表明,适度的水热处理使纳米HZSM-5分子筛骨架脱铝并经柠檬酸洗涤而除去,酸量减少,酸强度降低,孔容和孔径增大,从而使丙烯的选择性和维持甲醇完全转化的反应时间(即催化剂寿命)分别由改性前的30.1%和75h显著提高至38.9%和160h.但过高温度的水热处理使纳米HZSM-5分子筛的酸性明显减弱,强酸中心几乎完全消失,故使丙烯的选择性和催化剂的稳定性反而大大降低.     

Ag/ZrO2催化剂上的1,2-丙二醇选择性气相氧化反应

采用浸渍法制备了一系列Ag/ZrO₂催化剂, 考察了Ag/ZrO₂催化剂对1,2-丙二醇选择性氧化合成丙酮醛反应的催化性能. 实验结果表明: 在原料气配比为V(N₂)∶V(O₂)＝300∶19, n(O₂)/n(alcohol)＝1.2, 反应物液时空速为3.2 g/(g•h), 反应温度为673 K时, 1,2-丙二醇选择性氧化合成丙酮醛反应的转化率为95.7%, 选择性为55.3%, 高于传统电解银催化剂. UV-Vis DRS和XPS的研究结果表明: 在Ag/ZrO₂催化剂上存在大量的Ag^＋和Ag_n^δ＋有利于促进催化活性的提高.     

HCl存在下CeO2基催化剂上乙烷氧化脱氢制乙烯

报道了一种HCl存在时温和条件下的乙烷氧化脱氢制乙烯催化转化新途径. 研究发现,在多种金属氧化物催化剂中,CeO₂呈现最佳乙烯生成的催化性能. 与纳米粒子相比,具有棒状和立方体状形貌的CeO₂纳米晶具有较高的乙烷转化率和乙烯选择性. 以MnO_x修饰CeO₂可进一步提高催化性能. 在8 wt% MnO_x-CeO₂催化剂上,723K反应2 h时乙烷转化率和乙烯选择性分别为94%和69%. 该催化剂性能稳定,反应100 h乙烯收率可保持在65%-70%. HCl的存在对乙烯的选择性生成起着至关重要的作用,一部分乙烯来自于氯乙烷的脱HCl反应.     

温控相转移纳米铑催化高碳烯烃氢甲酰化反应

 基于温控配体 Ph₂P(CH₂CH₂O)₁₆CH₃ 稳定的 Rh 纳米催化剂在水/1-丁醇两相体系中具有温控相转移功能, 将其用于高碳烯烃氢甲酰化反应中. 在优化的反应条件下, 1-辛烯转化率和醛收率分别达 98% 和 96%, 对其它高碳烯烃氢甲酰化反应也具有较高的催化性能. 催化剂和产物通过简单的相分离即可分开, 连续使用 3 次后, 催化剂性能未见明显降低.     

在Mo改性的Rh/AC(Rh/MoOx)催化剂上的四氢糠醇选择性加氢

以Mo改性的Rh/AC (Rh-MoO_x/AC)为催化剂,研究了四氢糠醇加氢开环制备1,5-戊二醇的催化性能.采用TEM、XPS和NH3吸附热量表征催化剂,并考察了反应工艺条件.表征结果表明,低价态Mo所提供的中等强度的酸中心是加入Mo可提高催化剂活性的主要原因.催化反应结果表明:以水为溶剂,以n_Mo/n_Rh=0.15的Rh-MoO_x/AC为催化剂,还原温度为550 ℃,反应温度为120 ℃,反应压力为8 MPa,反应时间为10 h,四氢糠醇的转化率为64%,1,5-戊二醇的选择性为100%.     

碘改性的含铜复合氧化物催化氧化苯系物

制备了一系列碘改性的含铜介孔复合氧化物催化剂,并利用XRD、N₂吸脱附、H₂-TPR和元素分析对其进行了表征.以O₂为氧化剂,以甲苯氧化反应为探针,测试其催化性能,结果表明复合氧化物载体的元素组成显著影响催化剂的性能.在最优反应条件下,无需添加有机溶剂,甲苯转化率可达25.6%,主产物苯甲醛选择性为100%.进而将催化剂应用于其他苯系物（苯、乙苯、二甲苯）的氧化反应,也取得了较好的催化效果,且该催化剂可以循环使用多次.     

碱土金属氧化物改性ZrO2催化1,4-丁二醇选择性脱水合成3-丁烯-1-醇

采用浸渍法制备了碱土金属氧化物CaO,SrO或BaO改性的ZrO₂酸碱双功能催化剂,借助X射线衍射、低温N₂物理吸附、NH₃和CO₂程序升温脱附等手段表征了催化剂的结构、织构以及表面酸碱性质,并考察了其催化1,4-丁二醇选择性脱水合成3-丁烯-1-醇的反应性能.结果表明,碱土金属氧化物的引入显著调变了催化剂表面的酸性和碱性中心,进而对1,4-丁二醇转化率和3-丁烯-1-醇选择性产生重要影响.其中,CaO改性的ZrO₂样品中形成了大量的Ca-O-Zr结构,在ZrO₂表面形成大量碱性位点的同时,保持了较高的酸密度;而SrO和BaO改性的样品中生成了相应的锆酸盐,ZrO₂表面的酸密度呈现不同程度的下降.因此,CaO/ZrO₂催化剂表现出最优的催化活性和3-丁烯-1-醇选择性,350℃时,3-丁烯-1-醇收率最高,达60.5%.催化剂表面的酸碱协同作用是选择性合成3-丁烯-1-醇的关键因素.     

晶粒大小对ZSM-5分子筛甲醇制低碳烯烃催化性能的影响

对三种HZSM-5分子筛进行Ca改性,获得两组酸性接近的催化剂,考察了晶粒大小对甲醇制低碳烯烃(MTO)反应的影响。通过进一步与Na改性的比较,探讨了Ca在催化反应中的作用。采用扫描电镜(SEM)测定晶粒大小及形貌,氨气程序升温脱附(NH3-TPD)及吡啶红外吸附(Py-IR)表征催化剂的酸性。MTO催化性能测定结果表明,HZSM-5的低碳烯烃选择性较低且下降较快,催化活性降低也快;Ca改性降低酸性,提高了低碳烯烃选择性和催化稳定性;晶粒大小主要影响催化稳定性,小晶粒分子筛催化剂稳定性更好。高Ca含量改性效果更好;钠改性也提高了低碳烯烃选择性,但其稳定性较差。对于HZSM-5和Ca/HZSM-5,小晶粒的催化剂具有较好的催化稳定性。提出Ca参与了催化反应,MTO是一个酸碱协同作用的催化过程。     

纳米薄层HZSM-5分子筛催化甲醇制丙烯

在合成系列硅铝比纳米薄层HZSM-5分子筛的基础上,研究了纳米薄层HZSM-5分子筛催化甲醇制丙烯(MTP)的反应性能.在固定床微反装置上详细考察了工艺条件对纳米薄层HZSM-5分子筛催化性能的影响,同时与纳米HZSM-5分子筛对MTP反应的催化性能进行了比较.结果表明,纳米薄层HZSM-5分子筛具有较高的目的产物选择性和较长的催化寿命.在适宜硅铝比(n(SiO2)/n(Al2O3)=213)和反应条件下(温度470°C,甲醇质量空速为3 h-1),丙烯的选择性达到46.7%,三烯(乙烯、丙烯和C4烯烃)选择性达到78.7%.其中,丙烯/乙烯的质量比可达到6.5,是纳米HZSM-5分子筛的2倍,而芳烃的选择性比纳米分子筛明显降低.这是因为纳米薄层HZSM-5分子筛比纳米HZSM-5分子筛具有较宽的(010)晶面、较大的外比表面积和介孔孔容.     

氟改性对纳米HZSM-5分子筛催化甲醇制丙烯的影响

 在比较了纳米和微米 HZSM-5 分子筛催化甲醇制丙烯反应性能的基础上, 对纳米 HZSM-5 分子筛进行了氟改性. 利用透射电镜、N2 吸附、X 射线衍射、氨程序升温脱附和吡啶吸附-红外光谱技术对改性前后的样品进行了表征, 并在常压、500 oC 和甲醇空速 (WHSV) 为 1.0 h–1 的反应条件下, 在连续流动固定床微型反应器上考察了其催化甲醇制丙烯的性能. 结果表明, 当氟含量<10% 时, 随氟含量的增加, 改性纳米 HZSM-5 分子筛的酸量减少, 酸强度降低, 从而使丙烯选择性和催化剂稳定性不断提高. 但过量 (15%) 氟的改性使纳米 HZSM-5 分子筛的酸量、比表面积和孔容均明显减小, 致使其稳定性反而降低. 在适量 (10%) 氟改性的纳米 HZSM-5 分子筛上, 丙烯选择性和维持甲醇完全转化的反应时间分别由原来的 30.1% 和 75 h 增加到 46.7% 和 145 h.     

甲醇催化转化制丙烯中HZSM-5分子筛的尺寸效应

甲醇催化制丙烯(MTP)是一个具有重要工业应用的研究课题, 目前普遍采用的催化剂是HZSM-5 分子筛. 通过调节分子筛合成原料的配比、晶化温度和晶化时间等参数, 对所制备的不同晶粒尺寸的HZSM-5 分子筛, 综合利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、N₂吸附和氨气程序升温脱附(NH₃-TPD)等手段表征了其晶格结构、表观形貌、孔结构以及酸性质. 利用固定床反应装置对HZSM-5 分子筛甲醇催化制丙烯的活性和稳定性进行了评价, 并采用热重(TG)分析技术对催化剂的积炭性能进行了考察. 实验结果表明, HZSM-5 分子筛粒度的减小可以增加分子筛比表面积、孔体积, 同时有更多开放的孔口及短的孔道长度, 有利于反应物分子的吸附和传质,并降低了产物分子在孔道中的扩散距离及发生二次反应的几率, 提高了催化剂的抗积炭能力和容炭能力以及稳定性; 而且所合成的小尺寸分子筛单位质量的总酸量及强酸量均有不同程度的下降, 有利于提高目标产物丙烯的选择性.     

助剂SiO2对CO2加氢制二甲醚催化剂Cu-ZnO/HZSM-5性能的影响

 考察了助剂SiO2对CO2加氢合成二甲醚催化剂Cu-ZnO/HZSM-5性能的影响,并用X射线衍射、程序升温还原和X射线光电子能谱等手段对催化剂进行了表征. 结果表明,加入少量的SiO2即可显著提高CO2的转化率、二甲醚的选择性以及二甲醚和甲醇的总选择性,并降低副产物CO的选择性,同时改善催化剂的稳定性; 但SiO2加入量大时,催化活性反而降低. SiO2的存在可使焙烧后催化剂的晶型结构发生改变,促进CuO和ZnO的分散,并提高CuO的还原温度. SiO2的加入抑制了反应过程中催化剂上Cu0和ZnO晶粒的长大,对活性物种Cu0有稳定作用,从而有利于提高催化剂的活性和稳定性.     

Catalytic Oxidation of Methane by Nitrous Oxide on H[Al]ZSM-5 Zeolite, Silicalite, and Amorphous SiO2 Modified by Iron, Silver, and Gadolinium Ions

Methane oxidation by an excess of N₂O on the catalytic sites formed in HZSM-5 zeolite, silicalite, and SiO₂ after modification with iron, silver, and gadolinium cations in different combinations is studied. Introduction of iron and silver ions into H[Al]ZSM-5 zeolite is shown to result in the formation of the sites that are active in methane oxidation, while the systems obtained on the basis of crystalline silicalite or amorphous SiO₂ demonstrate poor or no catalytic activity, respectively. Complete oxidation of methane with 100% conversion is observed on the Fe/HZSM-5 and Ag/HZSM-5 catalysts at temperatures higher than 350 and 450°C, respectively. A decrease in the reaction temperature and in the methane conversion is accompanied by coking of the catalysts and, in the case of Fe/HZSM-5, by the appearance of trace amounts of methanol and formic acid in the gas phase. The temperature dependence of the activity and selectivity for the Ag/HZSM-5 and (Ag + Gd)/HZSM-5 catalysts exhibits a pronounced hysteresis at 330–480°C, and the formation of coke proceeds much faster than in the case of iron-containing samples. Catalytic properties of (Fe + Ag)/HZSM-5 are similar to those of Fe/HZSM-5. The introduction of Gd does not influence significantly the activity and selectivity of the catalysts. ESR and TG–DTA were used to determine the state and distribution of Fe, Ag, and Gd in the samples and to examine the processes of coke formation.     

Synthesis of jet fuel through the oligomerization of butenes on zeolite catalysts

In this study, the oligomerization of a butene mixture composed of 1-butene, cis-2-butene and trans-2-butene over several types of zeolites in a fixed-bed catalytic reactor at an elevated pressure was studied to produce hydrocarbons in the jet fuel range (C₈–C₁₆). Three types of zeolites, HZSM-5, Hβ and HY, were compared to evaluate the performance during the synthesis of jet fuel via the oligomerization of the aforementioned butene mixture. Compared to HY and Hβ, HZSM-5 showed a very stable butene conversion rate with high selectivity to jet-fuel-range hydrocarbon, which could be attributed to high resistance to coke resulting from the pore structure. HZSM-5 (50) shows the best quantitative conversion performance and yield for jet fuel for a time-on-stream of up to 6 h. It was also noted that the branched-to-linear hydrocarbon ratio reached 8.7 over the HZSM-5 (50) catalyst, which is beneficial to improve the cold properties of jet fuel. The present study reveals that HZSM-5 (50) is a potential catalyst for jet fuel synthesis through the oligomerization of butene mixture, exhibiting high stability and a high yield.     

W掺杂对Mo/HZSM-5催化甲烷无氧芳构化性能的影响

采用浸渍法制备了Mo/HZSM-5、Mo-W/HZSM-5和W/HZSM-5三种催化剂。通过XRD、BET、Py-FTIR、H2-TPR、XPS、TEM、NH3-TPD、TPO、TG和Raman等技术对催化剂的物化性质进行表征,并考察其在甲烷无氧芳构化反应中的催化性能。结果表明,相比于Mo/HZSM-5,Mo-W/HZSM-5催化剂表现出更高的CH_4转化率、芳烃收率以及催化稳定性。H_2-TPR和XPS结果表明,Mo-W/HZSM-5中存在更易被还原为W~(4+)的正八面体(WO_6)~(n-)前驱体,反应过程中W4+的形成有助于提高CH_4转化率。同时,积炭表征结果表明,石墨型积炭是导致Mo/HZSM-5催化剂快速失活的主要原因,W掺杂可以抑制MoW/HZSM-5催化剂上石墨型积炭的形成,进而提高催化剂的稳定性。     

甘油辅助HZSM-5分子筛的制备及其甲烷无氧芳构化催化性能研究

以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,甘油为辅助剂,在水热条件下合成HZSM-5分子筛。考察甘油添加量、晶化时间对HZSM-5分子筛的晶粒尺寸、相对结晶度和酸性等性质及其甲烷无氧芳构化催化性能的影响。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、氨程序升温脱附(NH₃-TPD)等分析手段对不同条件合成的HZSM-5分子筛样品进行表征。结果表明,在添加一定量的甘油辅助剂的条件下,通过调控晶化时间,可以提升HZSM-5分子筛的相对结晶度,在一定程度上抑制无定型SiO₂的产生,增加其酸量。在甲烷无氧芳构化反应中,甘油辅助合成的HZSM-5分子筛催化剂表现出优良的催化性能,与未添加甘油合成的HZSM-5分子筛催化剂相比,甲烷转化率、苯选择性和芳烃选择性均有较大提高,且具有较强的稳定性与容炭能力。