Cu/HY催化剂在乙炔氢氯化反应中的性能及其失活原因

采用等体积浸渍法制备了以分子筛为载体的铜基无汞催化剂(Cu/HY),在固定床反应器中,考察了Cu/HY催化剂用于乙炔氢氯化反应制取氯乙烯的催化性能,并采用扫描电子显微镜(SEM)、能量散射光谱(EDS)、电感耦合等离子光谱(ICP-AES)、氮气吸脱附(BET)、热重分析(TG)、透射电子显微镜(TEM)、X射线粉末衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)表征手段对反应前后的催化剂进行了表征和分析。 结果表明,反应温度为160 ℃,常压,空速为120 h^-1,V(HCl)/V(C₂H₂)=1.25,Cu的负载质量分数为15%时,Cu/HY催化剂的乙炔氢氯化性能最佳,乙炔转化率可达84%,氯乙烯选择性始终大于95%,且具有较好的稳定性;通过表征分析,认为催化剂表面形成积碳,铜活性物种的还原、团聚和流失是导致Cu/HY催化剂活性下降的主要原因。     

乙炔氢氯化反应中的负载金-离子液体催化剂:离子态金物种的稳定机制

聚氯乙烯(PVC)作为世界通用工程塑料之一,具有优异的物理、化学和机械性能,在工业、农业、建筑、包装、电力等行业中应用广泛.氯乙烯是生产聚氯乙烯的重要单体.氯乙烯的生产主要有电石法和乙烯法两种工艺路线,由于我国“贫油、富煤、少气”的资源现状,电石法产能占全部产能的83%以上.电石法生产氯乙烯的原理是在氯化汞催化剂存在下,将电石水解精制后的乙炔气与氯化氢加成直接合成氯乙烯.随着节能减排及环保要求的逐渐提高和国际涉汞公约的实施,开发新一代绿色无汞催化剂具有重要的战略意义.近年来,金基催化剂是无汞催化剂基础研究和技术开发中最重要的方向.在之前的工作中,我们课题组首先报道了负载离子液体-金催化剂体系(Au-SILP)在电石法生产氯乙烯工艺中的应用,并发现离子液体的存在可以显著提高金活性物种在载体表面的分散度和稳定其化学价态.在后续研究中,我们在负载离子液体-金催化体系中引入金属铜离子(Cu^2+),利用反应过程中Au-Cu之间的氧化还原循环,设计并制备了金属铜基配位离子液体,构建了负载离子液体-金-铜催化剂体系.铜离子的引入形成了一个催化剂自身维持氧化态的微环境,实现了被还原金物种的原位氧化再生.本文在上述研究基础上,利用配位离子液体[Bmim][N(CN)2]中[N(CN)2^–]阴离子和阳离子金之间的强配位作用,构建出比Au-Cl键更稳定的Au–N键,并通过X射线光电子能谱(XPS)、球差校正-扫描透射电镜(AC-STEM)和扩展X射线吸收精细结构(EXAFS)表征证明了Au以单原子状态存在于载体表面.制备的Au-N(CN)2/AC催化剂在乙炔氢氯化反应中表现出比Au-Cl/AC和Au/AC催化剂更高的稳定性和催化活性以及更短的诱导期.进一步表征分析发现,[N(CN)2^–]配体促进了阳离子金和配体之间的电子转移,提高了阳离子金的电子云密度,削弱了乙炔在阳离子金上的吸附强度,抑制了其还原,提高了催化剂的稳定性.更重要的是,与阳离子金配位的[N(CN)2^–]配体使得反应过程中的氯化氢在氮位点发生化学解离,促进了氯化氢活化,同时降低了反应能垒.对负载配位离子液体-金催化体系反应诱导期的分析结果表明,反应诱导期与反应物(乙炔、氯化氢)分子在离子液体层中的溶解度无关,而主要取决于催化剂中Au(Ⅲ)物种的含量和反应物分子在离子液体中的扩散速率.上述研究结果进一步深化了离子液体和活性金物种之间电子的作用机理,建立了负载离子液体-金催化剂体系对反应物的活化机制和反应机理,为进一步开发具有工业应用价值的乙炔氢氯化反应无汞催化剂提供了科学基础和参考.     

新型载铜碳纳米管催化剂的制备及其对乙炔氢氯化反应的催化活性

羧基碳纳米管与铜乙二胺溶液反应后于200℃焙烧制得新型载铜碳纳米管催化剂(Cu-CNTs)。考察了Cu-CNTs对乙炔氢氯化反应的催化活性。结果表明,Cu-CNTs相对于活性炭负载铜催化剂具有更好的催化活性,且更不易失活。     

用于乙炔氢氯化反应的活性炭负载铋无汞催化剂

采用浸渍法制备了活性炭负载铋无汞催化剂,并通过X射线衍射、氮气物理吸附、透射电镜、扫描电镜和X射线电子能谱等方法对催化剂进行了表征。对催化剂进行了催化乙炔氢氯化反应性能的研究,结果表明,催化剂对乙炔氢氯化反应具有良好的催化性能,活性组分主要以BiOCl的形式存在于催化剂表面。反应过程中积碳的产生使得催化剂活性有所降低。     

用于乙炔氢氯化反应的活性炭负载铋无汞催化剂(英文)

采用浸渍法制备了活性炭负载铋无汞催化剂,并通过X射线衍射、氮气物理吸附、透射电镜、扫描电镜和X射线电子能谱等方法对催化剂进行了表征。对催化剂进行了催化乙炔氢氯化反应性能的研究,结果表明,催化剂对乙炔氢氯化反应具有良好的催化性能,活性组分主要以BiOCl的形式存在于催化剂表面。反应过程中积碳的产生使得催化剂活性有所降低。     

乙炔氢氯化反应铜系催化剂的反应机理

以电石乙炔法制备氯乙烯的非汞催化反应体系为研究对象,用量子化学密度泛函理论(DFT)研究了以Cu基催化剂为代表的非汞催化剂的反应机理.模拟了以石墨烯为载体的乙炔氢氯化反应在Cu基催化剂作用下的两条反应路径及其过渡态.将该反应机理应用到不同金属氯化物催化剂中,通过计算相应的活化自由能和反应速率常数讨论了不同金属氯化物的活性顺序,与实验结果相比较印证了反应机理的合理性.讨论了Cu基催化剂的失活原因以及在载体中掺杂氮原子或磷原子对反应活性的影响.为非贵金属无汞催化剂的研究提供了一定的理论指导.     

乙烯基乙炔氢氯化反应合成氯丁二烯催化剂的研究

乙炔法氯丁橡胶单体2-氯丁二烯—1,3(简称氯丁二烯或CB)生产目前国内和日本电气化学公司等仍采用传统的Nieu land型催化剂,由乙烯基乙炔(MVA)氢氯化制得。但存在二氯丁烯等副产物生成量大,选择性低,消耗高,污染环境等问题。国内外有一些氯丁二烯合成催化剂改进的专利报道,本文对氯丁二烯合成催化剂也进行了研究,得到有益的结果。     

水蒸汽活化活性炭及其负载乙炔氢氯化铋基催化剂

以水蒸汽活化的两种活性炭为载体,采用等体积浸渍法制备了一系列Bi/AC催化剂,考察了其乙炔氢氯化反应的催化性能。分别通过氮气吸附脱附实验(BET),扫描电子显微镜(SEM),傅里叶变换红外(FTIR),透射电子显微镜(TEM),X射线粉末衍射(XRD),X射线光电子能谱(XPS)和热重分析(TGA)对活性炭和催化剂进行表征。结果表明：（1）水蒸汽活化重整了活性炭的孔径和孔道,尤其是介孔材质活性炭,增加了其比表面积,形成了新的微孔结构。（2）积碳是Bi/AC催化剂失活的主要原因,水蒸汽活化抑制了积碳,并增加了BiOCl的结晶度和分散性,提高了乙炔氢氯化反应的催化性能。     

小麦粉衍生中孔氮掺杂颗粒炭负载金催化剂用于乙炔氢氯化反应（英文）

聚氯乙烯是五大工程塑料之一,在国民经济中占有重要的地位.基于中国富煤少油缺气的能源格局,我国主要采用基于煤化工的电石法氯乙烯生产工艺,但该工艺必须采用氯化汞催化剂,受到国际限汞公约的影响,无汞催化剂的开发迫在眉睫.其中炭负载金催化剂在该反应中活性最高,近几年来取得了较大进展,有望实现产业化.氮掺杂的炭材料在诸多反应中展现了较好的性能,其负载金属催化剂可以有效提高金属的分散度及稳定性,成为近几年多相催化领域的一个研究热点.最近我们课题组报道了一种氮掺杂中孔成型的制备方法:以小麦粉为原料,通过直接炭化法制备了氮掺杂中孔成型炭,这种氮掺杂中孔成型炭作为无汞催化剂在乙炔氢氯化反应中显示出了优异的催化性能.小麦粉衍生的氮掺杂中孔成型炭具有成型容易.原料价廉易得、易于放大生产等优点,是优选的工业化催化剂的载体.本文以这种氮掺杂的成型炭为载体制备了负载型金催化剂,研究其催化乙炔氢氯化性能.结果表明,氮的掺杂使得中孔炭负载金(Au/N-MC)催化剂上乙炔氢氯化活性明显提高.在氯化氢/乙炔比例1.1、反应温度180℃、乙炔空速600 h~(-1)的条件下,Au/N-MC上的乙炔转化率为50%,是Au/MC催化剂活性的2倍.通过对催化剂的表征发现,氮的掺杂能有效地锚定Au/N-MC催化剂中活性组分Au~(3+),抑制催化剂制备过程中Au~(3+)还原为Au~0,从而提高催化剂活性和稳定性.小麦粉衍生的氮掺杂中孔炭的原料廉价易得,生产工艺简单,易成型,也容易实现工业化生产,是负载型金属催化剂的优良载体,其负载的无汞催化剂性能优越,有望取代电石法氯乙烯产业的汞催化剂,成为新一代无汞催化剂.     

酸性离子液体催化的异丁烷/丁烯烷基化反应研究

以一系列酸性离子液体作为催化剂,考察了异丁烷/丁烯在不同离子液体中催化异丁烷与丁烯的烷基化反应,研究了离子液体在进行酸性和阴阳离子调整后对烷基化反应的影响.其中[MBSIM]OTf类离子液体催化所得目的产物三甲基戊烷含量最高可达69.8%,该类催化体系重复使用8次,催化性能没有明显下降.     

SnCl2-ZnCl2/C无汞乙炔氢氯化催化剂的制备与优化

利用超声波制备了SnCl2-ZnCl2/C无汞乙炔氢氯化催化剂,同时加入稀土化合物以稳定催化剂的性能。通过黄金分割法与抛物线法确定了活性组分SnCl2与ZnCl2的最优质量比为2∶1。优选制备工艺,发现在反应温度140℃,乙炔空速300 h-1,V(HCl)/V(C2H2)=1.10时,由0.67 g SnCl2、0.33 g ZnCl2、0.05 g Tb4O7以及4 g焙烧过的活性炭组成的催化剂,其乙炔平均转化率最高,为67.70%。实验表明,载体的处理方式是影响催化剂性能的重要因素。     

Al-MCM-41 负载离子液体双酸位催化剂及制备生物柴油

采用不同硅铝比的MCM-41负载离子液体,制备得到一系列负载型双酸位催化剂,并用XRD、FTIR、N₂-吸脱附、热重分析及TEM对其进行表征,以大豆油与甲醇的酯交换反应为探针实验考察了其催化活性.结果表明,离子液体成功固载于介孔分子筛并能保持其介孔结构,且在酯交换反应中表现出良好的反应活性.在ILs负载量为30%,醇油物质的量的比为36:1,140 ℃下反应5 h,生物柴油收率在90%以上;而分子筛中Al的引入为活性组分离子液体构建了有益的酸环境,促进了其催化活性的提高;与均相离子液体相比,负载型催化剂又能明显提高生物柴油的收率,且回收利用4次后,生物柴油收率仍接近88%.     

Al-MCM-41负载离子液体双酸位催化剂及制备生物柴油

采用不同硅铝比的MCM-41负载离子液体,制备得到一系列负载型双酸位催化剂,并用XRD、FTIR、N₂-吸脱附、热重分析及TEM对其进行表征,以大豆油与甲醇的酯交换反应为探针实验考察了其催化活性。结果表明,离子液体成功固载于介孔分子筛并能保持其介孔结构,且在酯交换反应中表现出良好的反应活性。在ILs负载量为30%,醇油物质的量的比为36:1,140℃下反应5h,生物柴油收率在90%以上;而分子筛中Al的引入为活性组分离子液体构建了有益的酸环境,促进了其催化活性的提高;与均相离子液体相比,负载型催化剂又能明显提高生物柴油的收率,且回收利用4次后,生物柴油收率仍接近88%。     

Mechanochemical Activation of K2PtCl6: Heterogeneous Catalyst for Gas-Phase Hydrochlorination of Acetylene

A heterogeneous catalyst for hydrochlorination of acetylene by gas-phase HCl is formed as a result of mechanical treatment of the solid salt K₂PtCl₆ under an acetylene, ethylene, or propylene atmosphere. We used X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) to prove that under these conditions, in the near-surface layers of the K₂PtCl₆ matrix, there was formation of Pt(II) complexes and platinum complexes with vacancies in the coordination sphere. We hypothesized that the active centers of the catalyst are defects in the K₂PtCl₆ lattice in the form of impurity platinum(II) ions in the K₂PtCl₆ matrix.     

Recent Progress on Nazarov Cyclizations: The Use of Iron Salts as Catalysts in Ionic Liquid Solvent Systems

Nazarov cyclization is an important and versatile method for the synthesis of five‐membered carbocycles, and extensive studies have been conducted to optimize the reaction. Among recent studies, several trends are recognized. One is the combination of different reactions with Nazarov cyclization in a one‐pot reaction system which enables the preparation of unique cyclization products. The second is the use of a transition‐metal catalyst, though Lewis or Brønsted acids have generally been used for the reaction. The third is the realization of the asymmetric Nazarov cyclization. The fourth is the base‐catalyzed Nazarov cyclization. Furthermore, several useful protocols for realizing Nazarov cyclization have also been developed. The recent progress on Nazarov cyclizations is summarized in Section 2. Section 3 is our chronicle in this field. We focused on the use of iron as the catalyst in Nazarov cyclizations and ionic liquids as solvents: Nazarov cyclization of thiophene derivatives using FeCl₃ as the catalyst was accomplished and we succeeded in demonstrating the first example of an iron‐catalyzed asymmetric Nazarov reaction. We next established Nazarov cyclization of pyrrole or indole derivatives using Fe(ClO₄)₃·Al₂O₃ as the catalyst with high trans selectivities in excellent yields. Since the cyclized product was reacted with a vinyl ketone in the presence of the same iron salt, the system allowed realization of the sequential type of Nazarov/Michael reaction of pyrrole derivatives. Furthermore, we demonstrated the recyclable use of the iron catalyst and obtained the desired Nazarov/Michael reaction products in good yields for five repetitions of the reactions without any addition of the catalyst using an ionic liquid, [bmim][NTf₂], as the solvent. We expect that the iron‐catalyzed Nazarov cyclization, in particular, in an ionic liquid solvent might become a useful method to synthesize functional molecules that include cycloalkene moieties.     

Ligand Effect on Physicochemical Properties of Ionic Liquid

In the solvent extraction process, the importance of an extractant (or ligand) and a diluent is inferred from their respective physicochemical properties. We have brought together all the recent results reported on the mixture of different extractants dissolved in a well-known ionic liquid diluent: 1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide ([C₄mim][NTf₂]) in the form of a review and aimed to emphasize the role of ligand polarity and structure on the physicochemical properties of an ionic liquid (IL) diluent. Some of the most important properties such as dynamic viscosity (η), absolute density ( ), energy of activation (E_a), coefficient of thermal expansion (α), phase separation time (PST), refractive index (n), etc., have been discussed meticulously in the paper. The effect of ligand structure on the aggregation behaviour of IL phase and the physicochemical properties of gamma irradiated solvent phases containing different ligands and their solution with IL phase also have been deliberated in detail.     

羧基功能化离子液体修饰Pd纳米微粒的制备及结构表征

1-methyl-3-(ω-carboxyl)decyl imidazolium bromine ([C₁₁OOHmim]Br) ionic liquid was synthesized and [C₁₁OOHmim]Br modified Pd nanoparticles were prepared in solution. The morphology and structure of Pd nanoparticles were investigated by IR, TEM, XRD, XPS. The results indicated that the Pd nanoparticles were face-centered cubic structure and the diameter was between 10～30 nm. [C₁₁OOHmim]Br was connected to the surface of Pd nanoparticles by carboxyl and Pd nanoparticles with different sizes could be obtained by varying the amount of the modifier.     

Mo 和 Cu 助剂对 FeK/SiO2 催化剂费托合成性能的影响

 研究了 Mo 和 Cu 助剂对 FeK/SiO₂ 催化剂的性质及费托 (F-T) 合成性能的影响. 采用 N₂ 物理吸附、H₂ 程序升温还原、X 射线衍射、穆斯堡尔谱和 X 射线光电子能谱技术对催化剂进行了表征. 结果表明, Mo 加入后与 Fe 产生了较强的相互作用, 抑制了催化剂的还原和碳化; Cu 助剂的加入促进了催化剂的还原和碳化; 当 Mo 和 Cu 共同加入后, 催化剂的还原和碳化行为与单独加入 Cu 助剂时相似. 催化剂 F-T 合成性能在固定床上于 280 ^oC, 1.5 MPa, 2 000 h^-1, H₂/CO = 2.0 的合成气中测试. 结果表明, Mo 的加入降低了催化剂活性, 但提高了重质烃 (C₅₊) 的选择性; Cu 的添加提高了催化剂的活性, 但对稳定 C₅₊选择性作用不明显. Mo 和 Cu 共同加入后, 催化剂既表现出较为稳定的 C₅₊选择性, 同时其活性也没有降低.     

离子液体在乙烯/乙烷和乙烯/乙炔分离中的应用

乙烯,作为石油化工行业的龙头原料,其高效回收分离具有重要的战略意义。离子液体作为一种结构可调控的新型绿色溶剂,在乙烯的回收分离中展现出巨大的应用前景。本文总结了近年来离子液体在乙烯/乙烷和乙烯/乙炔分离方面的研究进展,从溶剂吸收、膜吸收和与多孔材料相结合的吸附分离法等角度展开,系统地阐述了常规离子液体、功能化离子液体、聚离子液体等纯组分体系及多组分体系在不同分离方法中的研究现状,展望了离子液体在乙烯回收分离方面的应用前景和发展趋势。