顺酐加氢制备丁二酸酐催化剂的研究进展

顺酐催化加氢是目前制备丁二酸酐最有效的途径。本文概述了铜系、镍系和贵金属催化剂在顺酐加氢制备丁二酸酐反应中的应用,并重点介绍了近几年来合成丁二酸酐催化剂的研究进展,提出了现在存在的问题,以为今后工业化生产提供有益的参考。     

尖晶石型衍生的Ni/Al2O3催化剂低温催化顺酐加氢合成丁二酸酐

开发高活性的顺酐加氢制丁二酸酐和γ-丁内酯催化剂具有重要的工业意义.顺酐加氢多采用Cu基和Ni基催化剂,但一般Cu基和Ni基催化剂存在反应温度高(170–260℃)和稳定性差等缺点,很有必要开发高活性的顺酐加氢催化剂.我们以拟薄水铝石作为Al2O3载体的前驱体,采用浸渍法制备了一系列镍铝尖晶石型衍生的不同Ni含量的Ni/Al2O3催化剂,并研究了它们在顺酐加氢反应中的催化性能.还原前Ni/Al2O3催化剂的X射线衍射结果表明,催化剂含有NiAl2O4物种.氮吸附结果显示,不同Ni含量的催化剂均具有介孔结构.氢-程序升温还原研究发现,Ni/Al2O3催化剂经750℃还原2 h后,其表面上NiAl2O4物种能被高效还原.X射线粉末衍射结果表明,750℃还原的Ni/Al2O3催化剂中金属Ni颗粒尺寸随着Ni负载量升高而增大.利用一氧化碳-程序升温脱附对750℃还原的Ni/Al2O3催化剂进行研究,发现750℃还原的催化剂上金属Ni物种含量从高到低依次为:Ni(7.5%)/Al2O3>Ni(5%)/Al2O3>Ni(2.5%)/Al2O3.采用CO化学吸附获得的Ni(2.5%)/Al2O3,Ni(5%)/Al2O3和Ni(7.5%)/Al2O3催化剂上金属Ni颗粒尺度分别为8.0,12.8和15.7 nm.活性研究结果表明,750℃还原的Ni(5%)/Al2O3催化剂具有最高的催化活性,这可能是由于Ni(5%)/Al2O3催化剂具有较多的Ni活性位点和较合适的Ni颗粒粒度所致.进一步研究发现,在650–750℃还原温度下,Ni(5%)/Al2O3催化剂的还原度随着还原温度的升高而升高,Ni分散度随着还原温度的升高而降低.活性结果研究表明,700℃还原的Ni(5%)/Al2O3催化剂具有较多的Ni活性位点和较合适的Ni颗粒粒度,具有最高的加氢催化活性,其在120℃,H2压力为0.5 MPa和质量空速为2 h?1的反应条件下,能获得近100%的顺酐转化率和90%的丁二酸酐选择性,同时该催化剂具有优良的稳定性.以上结果表明,尖晶石型衍生的Ni/Al2O3催化剂是一个十分有应用前景的顺酐加氢催化剂.     

助剂促进的Rh-Fe/Al_2O_3催化剂上CO加氢制乙醇反应性能

考察了Fe,Rh载量以及助剂对Rh-Fe/Al2O3催化剂上合成气制乙醇反应性能的影响.结果表明,随着Fe载量的增加,甲醇选择性持续上升伴随着甲烷选择性的持续下降,而乙醇选择性有最优值.助剂的添加或多或少促进了甲醇耦合、CO插入和解离的活性,或抑制了催化剂加氢能力,使得乙醇选择性有所上升,甲醇选择性有所下降,而烃类选择性变化不大.随着CO加氢反应的进行,Rh-Fe/Al2O3催化剂上烃类选择性逐渐下降,但甲醇的生成活性逐渐上升,而乙醇选择性和生成活性逐渐下降;然而,助剂的添加并未提高催化剂的稳定性.这可能是由于在反应过程中Fe物种逐渐被合成气还原使得乙醇生成活性位数量逐渐减少所致.     

超细负载NiO/SiO2催化剂用于顺酐选择加氢反应研究

以正硅酸乙酯、氯化镍为原料，分别采用Sol-Gel法和浸渍法制备了NiO/SiO2和NiO/SiO2超细负载型催化剂，用TEM、TPR、XRD、XPS等手段，表征了催化剂的结构，并进行了顺酐液相选择加氢活性评价和工艺条件优化选择。结果表明，NiO/SiO2和NiO/SiO2催化剂都具有较高比表面积及大孔体积；其活性组分粒径小、分布均匀，两者都是优良的顺酐液相选择国氢催化剂，其特点是催化剂用量少，在Ni／顺酐（摩尔比）＝0．0044、3．0MPa、150℃的条件下，反应3h顺酐转化率和丁二酐的选择性都在99％以上。     

Pt/TiO2催化剂上顺酐选择加氢制丁酸

 采用溶胶-凝胶法和超临界乙醇干燥技术制备了Pt/TiO2催化剂,利用X射线衍射、透射电子显微镜、低温N2吸附和X射线光电子能谱等测试手段对催化剂进行了表征,考察了Pt含量、催化剂还原温度和助剂K的含量对其催化顺酐选择加氢制丁酸性能的影响. 结果表明,催化剂还原温度为500 ℃时,反应的主产物为丁酸; 添加适量的K助剂可以提高催化剂中Pt的分散度, K组分起到了电子给予体的作用,使催化剂表面的Pt呈富电子状态,有利于催化剂表面上反应物的吸附和产物的脱附,使催化剂的活性得到明显提高.     

碳改性对Ni/Al2O3催化剂顺酐加氢合成γ-丁内酯反应性能的影响

通过热解蔗糖/Al2O3前驱体的方法制备了炭包覆改性Al2O3(CCA)载体,并采用等体积浸渍制备了负载量17 %的镍基催化剂.对载体及相应催化剂进行了TPO-MS、N2物理吸附、TPR、XRD等测试表征,并考察了催化剂顺酐(MA)加氢合成γ-丁内酯(GBL)的反应性能.结果表明,适量炭的引入改变了载体Al2O3的表面性质,使金属-载体相互作用减弱,活性组分镍的分散度提高,催化剂在MA加氢反应中表现出高的GBL选择性.当Al2O3中引入8.9 %的炭时,催化剂表现出最高的催化活性,在210 ℃,5 MPa氢气压力下反应3 h时,MA转化率达98%以上,GBL选择性达91.71 %.     

NiO-SiO2，NiO-Al2O3和NiO-Al2O3-SiO2催化剂上顺酐选择加氢性能的比较

以正硅酸乙酯和硝酸铝分别为硅源和铝源，硝酸镍为活性组分前驱物，采用溶胶-凝胶法制备了NiO-SiO2，NiO-Al2O3和NiO-Al2O3-SiO2催化剂。顺酐液相选择加氢活性和选择性评价结果表明：顺酐在三种催化剂上转化率都在99%以上，而产物的选择性有较大的差别，其中NiO-SiO2催化剂上γ-丁内酯的选择性达80.1%，NiO-Al2O3催化剂上丁二酸酐选择性达99%以上，NiOAl2O3SiO2催化剂上两种产物都有。XRD，TPR等体相结构和表面结构的表征说明，三种催化剂的相组成、NiO的分散性及与载体的相互作用存在明显差别，这些差别可能是造成不同选择加氢性能的原因。     

温和条件下 Cu-Zn/Al2O3 催化剂上酯加氢制醇

 制备了新型无铬非晶态 Al2O3 负载的 Cu-Zn 催化剂, 并采用 X 射线衍射、透射电镜、程序升温还原和红外光谱进行了表征, 考察了其液相酯加氢制高碳醇的催化性能, 并优化了反应条件. 结果表明, 在 240 °C 和 10 MPa 氢压相对温和的反应条件下, 髙碳醇收率达 86.3%, 远远高于相同条件下传统的 Cu-Cr 基催化剂. 对前体、焙烧后及还原后催化剂的物相进行了研究, 探讨了催化剂组分及表面羟基的作用.     

钯-三苯膦催化体系选择氢化顺酐制备琥珀酸酐

开发了一种由顺酐直接加氢高选择性及高转化率制备琥珀酸酐的新方法,研究结果表明：钯三苯基膦催化体系对顺酐加氢具有较高的反应活性．在所考察的反应条件下,此催化剂体系对琥珀酸酐的选择性为１００％,无其他副产物生成．并考察了三苯基膦／钯摩尔比,反应温度,氢气压力,催化剂和顺酐浓度对顺酐催化加氢生成琥珀酸酐的影响．在反应条件为ＰｄＣｌ２＝１２５×１０－３ｍｏｌ／Ｌ,ｎ（顺酐）／ｎ（Ｐｄ）≤２０００,ｎ（三苯基膦）／ｎ（Ｐｄ）＝４,Ｔ＝３７３～３９３Ｋ,２５ＭＰａ的氢压下于乙二醇二甲醚溶剂中反应１ｈ以上,可使顺酐的转化率大于９０％．     

顺酐催化氢化反应中琥珀酸酐的气相色谱分析

In this paper,a gas chromatographic method for the quantitative determination of succinic anhydride incatalytic hydrogenation of maleic anhydride is presented.The experimental results show that the use of SE-30,1,4-butylrolactone and chforoform as stationary phase,internal standard and solvent respectively is appropriate.     

金催化顺丁烯二酸酐的选择加氢反应

采用溶胶-凝胶法制备了一系列担载纳米金催化剂,用以催化顺丁烯二酸酐(简称顺酐,MA)的选择加氢反应．模板剂的引入改变了催化剂载体的结构,从而提高了其催化活性和对加氢产物丁二酸酐(SA)以及丁二酸二乙酯(DFAS)的选择性．同时考察了反应温度、溶剂、催化剂制备方法对顺酐选择加氢反应的影响以及催化剂的重复使用性能．实验结果表明,以焙烧处理除去模板剂十八胺的Au／SiO2-O(C)为催化剂时,顺酐选择加氢制取丁二酸酐和一步加氢酯化制取丁二酸二乙酯的效果最佳,其转化率以及产物选择性均大于99．5％．     

Study of CO2 Hydrogenation to Methanol over Cu-V/γ-Al2O3 Catalyst

The effect of vanadium addition to CU/γ-Al2O3 catalyst used in the hydrogenation of CO2 to produce methanol was studied. It was found that the catalytic performance of the Cu-based catalyst improved after V addition. The influence of reaction temperature, space velocity and the molar ratio of H2 to CO2 on the performance of 12%Cu-6%V/γ-Al2O3 catalyst were also studied. The results indicated that the best conditions for reaction were as follows: 240℃, 3600 h-1 and a molar ratio of H2 to CO2 of 3:1. The results of XRD and TPR characterization demonstrated that the addition of V enhanced the dispersion of the supported CuO species, which resulted in the enhanced catalytic performance of CU-V/γ-Al2O3 binary catalyst.     

琥珀酸酐均相加氢制备γ-丁内酯的研究

研究了不同催化剂对琥珀酸酐加氢生成γ -丁内酯的反应 ,并考察了配体、溶剂及PPh3/Ru摩尔比对催化反应的影响。结果发现Ru络合物是最佳催化剂 ,PPh3是最佳配体 ,乙二醇二甲醚为最佳溶剂。在SA ,2 0mmol;催化剂Ru ,0 .10mmol;PPh3/Ru ,8;以乙二醇二甲醚为溶剂( 8ml) ;H2 ,3.0MPa ;反应温度为 12 0℃的反应条件下 ,γ -丁内酯的产率可达 86.5%。     

镍基催化剂上苯酐选择性加氢合成苯酞

分别以SiO2,TiO2,γ-Al2O3,TiO2-SiO2和TiO2-Al2O3为载体,以硝酸镍为镍源,采用等体积浸渍法制备了一系列镍基催化剂,并将其用于苯酐选择性加氢合成苯酞反应.结果表明,以TiO2-SiO2为载体制备的镍催化剂上Ni0活性组分分散度较高,催化剂表现出较高的活性和苯酞选择性.在此基础上,采用溶胶-凝胶法制备出了一系列Ni/TiO2-SiO2催化剂,考察了催化剂制备中各因素(包括溶剂、焙烧温度、还原温度和镍前驱体类型等)对其催化苯酐加氢反应性能的影响.结果表明,将镍前驱体溶于不同溶剂制备的催化剂性能差异很大,其中以水为溶剂制备的催化剂活性较高,且性能优于等体积浸渍法制备的相应催化剂.焙烧温度和还原温度过高会导致活性组分镍晶粒度变大,致使催化剂活性明显降低.镍源对Ni/TiO2-SiO2催化剂的性能影响较大,以硫酸镍为镍源制备的催化剂几乎无活性,而以氯化镍和硝酸镍为镍源制备的催化剂表现出较高的催化活性和选择性,其中以氯化镍制备的催化剂性能略高于硝酸镍,苯酐转化率为100%,苯酞选择性为88.5%.     

RuCl3/PPh3催化顺酐加氢为琥珀酸酐的反应机理研究

利用原位^31P NMR,IR技术跟踪了RuCl3/PPh3催化顺酐加氢过程，并考察了酸碱的添加对反应的影响。根据实验结果，提出了在RuCl3/PPh3催化剂体系作用下，顺酐均相加氢生成琥珀酐的反应历程：RuCl3/PPh3在反应体系中生成活性物种RuHCl(PPh3)，顺酐以C＝C双键与Ru-H活性物种配位生成配合物，此配合物分子内氢转移，形成金属烷基化物，该化合物再与氢进行氧化加成，还原脱出产物琥珀酸酐和Ru-H活性物种，完成整个催化循环。     

氮气气氛下焙烧的CeO_2载体负载Ni基催化剂的顺酐加氢性能研究

在氮气气氛中合成了具有较高氧缺陷浓度的CeO_2载体,采用浸渍法制备了Ni含量为10%的Ni/CeO_2-N催化剂,考察了其顺酐液相加氢性能,并与氧气气氛中制得的CeO_2载体负载Ni催化剂作了对比.N_2低温物理吸脱附,X-射线衍射,拉曼光谱,H_2程序升温还原等表征手段表明,在氮气气氛中合成的CeO_2具有较高浓度的氧缺陷位,在催化剂还原过程中可促进NiO物种的还原,同时在催化剂表面生成更多的氧缺陷位.该氧缺陷位可与活性金属Ni物种协同作用,显著提高催化剂的C=C及C=O加氢活性.