高岭土催化甲醇脱水制二甲醚的研究

比较研究了高岭土的结构特征,采用常压微型反应装置评价了高岭土作为催化甲醇制二甲醚催化剂的活性,并对高岭土进行了酸处理改性研究.结果表明,高岭土中高结晶度的高岭石有利于催化甲醇脱水制二甲醚,酸处理改性能提高高岭土的催化活性.     

Microwave synthesis,characterization and catalytic properties of titanium-incorporated ZSM-5 zeolite

Titanium-incorporated ZSM-5 zeolites (Si/Al = 50–200 and Si/Ti = 70) were successfully synthesized in a one-step sol-gel process under microwave irradiation. The characteristics of Ti-ZSM-5 zeolites were investigated using X-ray power diffraction, UV/Vis-DRS, FT-IR spectroscopy and solid-state ²⁷Al-NMR to monitor the physico-chemical properties. Simultaneously, the acidic properties were characterized by the NH₃-TPD profile. The characterization results revealed that the Ti⁴⁺ and Al³⁺ ions were well incorporated into the framework of Ti-ZSM-5 zeolite. The prepared zeolite was moderately active but selective in the dehydration of methanol to dimethyl ether.     

共沉淀浸渍法制备由合成气直接合成二甲醚的Cu-Mn催化剂

采用共沉淀浸渍法,制备了直接合成二甲醚的Cu-Mn-Zn催化剂,通过对组成成分及其配比的研究,发现Cu含量一定的条件下,n(Zn)/n(Mn)摩尔比对催化剂性能有较大的影响,当n(Zn)/n(Mn)=1/3～1/2时,催化剂对CO的转化率和对二甲醚的选择性达到最佳,分别为53.6%和63.5%；如锰添加比例过大,对催化剂催化合成二甲醚有微弱抑制；添加锌比例过大,会大大降低CO的转化率。载体Y分子筛的含量对催化剂性能也有影响,用量过大将降低催化剂的活性和对二甲醚的选择性,当其含量为33%时,催化剂上CO转化率和选择性可分别达到66%和68%,且催化剂活性随分子筛含量减少不再有明显的变化。     

FER分子筛中铝原子的受限落位

分子筛是一类具有规则孔道或笼状结构的多孔材料,因其独特的结构和可调的酸性而广泛用于石油化工、精细化学品合成、现代煤化工等诸多行业.2006年Iglesia等在具有8元环孔道结构/侧口袋的FER和MOR分子筛上实现了无卤素添加、无贵金属存在条件下,由二甲醚羰基化合成乙酸甲酯的反应.乙酸甲酯通过进一步加氢可实现煤基乙醇的绿色生产.MOR分子筛通常具有较高的催化活性,但失活迅速;FER分子筛表现出良好的催化稳定性,但活性较低.如何在保证FER分子筛稳定性的前提下,进一步提升其羰基化活性是目前研究的热点.前期理论和实验研究发现,二甲醚羰基化反应活性与分子筛8元环孔道中的Br?nsted酸位密度存在正相关.因此,通过优化合成条件,选择性调控铝原子分布在"ferrierite"笼中,可以提高FER分子筛的羰基化反应活性.尽管研究者已在调节FER分子筛铝分布方面进行了大量研究,但对于不同T位上Al原子的精准识别以及对应Br?nsted酸位的可接触性还缺少系统和深入的认识.本文选取了几种代表性模板剂,分别在碱性和含氟体系下制备了系列FER分子筛样品,利用Rietveld精修和模拟退火算法,在原子水平揭示了模板剂种类以及合成介质变化对Al原子在不同T位分布的影响,并结合二甲醚羰基化反应进行了结构和性能的关联.首先选取不同尺寸大小的环状胺(环己胺、哌啶、吡啶、吡咯烷)和链状胺(乙二胺)合成了具有相似形貌、孔结构、酸密度的系列FER分子筛样品.以CHA-Na-FER为例,PXRD精修结果显示,Na+(平衡35％的骨架负电荷)分布在10元环孔道中与O1形成氢键,质子化的环己胺分布在"ferrierite"笼中,并且环己胺上的N与O3形成氢键.这说明与O1相连的T3位以及与O3相连的T1位都有可能是Al富集的位置.为了进一步验证该结论,本文还精修了吸附探针分子吡啶的样品CHA-Na-FER-Py-60h.原粉以及吸附吡啶样品的精修结果表明,T1位和T3位是样品中铝富集的位置.随后,运用相同方法研究了Py-Na-FER,PI-Na-FER,En-Na-FER和Pyrr-HF-FER样品中的Al落位,发现T1/T3位均是样品中Al富集的位置.此外,理论计算结果表明T1/T3位上Al原子的取代能较低,说明Al优先取代T1/T3位上的Si,这与精修结果相一致.前期理论模拟结果表明,FER分子筛中T2-O5和T4-O7位点的CO插入反应能垒较低,是二甲醚羰基化反应的活性位.本文吡啶吸附实验、热重分析以及PXRD精修结果表明,FER分子筛中大部分Al富集在T1/T3位,与T2/T4位相关的Br?nsted酸约占18％～30％.最后,对各样品进行了二甲醚羰基化反应评价,结果显示PI-Na-FER,Py-Na-FER,En-Na-FER和CHA-Na-FER催化剂的乙酸甲酯生成速率相近,约为0.10 mol/(mol H+?h).Pyrr-HF-FER催化剂的乙酸甲酯生成速率最高,可达到0.16 mol/(mol H+?h),这可能是由于Pyrr-HF-FER催化剂具有更多T2/T4位相关的Br?nsted酸.虽然Pyrr-HF-FER催化剂的乙酸甲酯生成速率较其他四个催化剂有一定提升,但其仍远低于MOR分子筛上乙酸甲酯生成速率(0.40 mol/(mol H+·h)).综上,有机模板剂的选择与合成介质的改变对FER分子筛中Al分布的调控作用是有限的,即Al原子总是优先分布于T1/T3位.而与T1和T3位相关的Br?nsted酸位不是二甲醚羰基化反应的活性位点.因此与MOR相比,FER分子筛在二甲醚羰基化反应中表现出较低的催化活性.     

柴油机燃用二甲醚排放实验研究

在ZS195直喷式柴油机实验台上进行了二甲醚的燃烧与排放试验,着重研究了甲醛及甲酸甲酯等非常规污染物的排放,并同时进行了常规排放物的研究．实验表明,DME燃烧物中HC的排放与甲醛的排放具有基本相同的规律：随平均有效压力的增加排放浓度下降．甲醛排放浓度与HC的排放浓度密切相关,实验数据表明,除少量数据外,HC的排放浓度与甲醛排放浓度呈线性关系．甲酸甲酯的排放与甲醛及HC无直接关系．同时,在DME的燃烧排放物中发现有微量甲酸甲酯的排放,但尚未发现DME燃烧排放物中有蚁酸存在．     

DME/LPG混合燃料HCCI燃烧模拟

根据碳氢燃料化学反应系统具有层次结构的特性,本文通过分析二甲醚(DME)与液化石油气(LPG)的详细化学反应机理,构建了反映DME／LPG混合燃料均质压燃(HCCI)燃烧的详细化学反应机理．采用该机理应用单区燃烧模型对DME／LPG混合燃料HCCI燃烧的化学反应动力学过程进行了数值计算．计算结果与试验结果对比表明,所构建的DME／LPG混合燃料氧化的详细化学反应机理能够准确预测DME／LPG混合燃料的两阶段放热特性,对低温和高温着火始点的预测很好;但高温反应过程预测欠佳,高温反应机理需要改进．     

焙烧温度对K改性Ag-Fe/ZnO-ZrO2催化剂结构和CO加氢合成低碳混合醇醚性能的影响

采用并流共沉淀法在不同焙烧温度下制备K改性Ag-Fe/ZnO-ZrO₂催化剂,考察不同焙烧温度对催化剂CO加氢合成低碳混合醇醚反应性能的影响。通过N₂物理吸附(N₂-adsorption)、X射线衍射(XRD)、氢气程序升温还原(H₂-TPR)、一氧化碳程序升温脱附(CO-TPD)等手段对催化剂进行表征。结果表明,250 ℃焙烧的催化剂,由于焙烧温度较低,表面尚未形成足够多的活性位,未能达到最佳的催化性能;300 ℃焙烧的催化剂,其CO转化率最高、醇醚选择性较高,醇醚时空产率达到最大值。随着焙烧温度进一步升高,CO转化率逐渐降低,醇选择性先降低后增大,二甲醚(DME)选择性逐渐增大,醇醚时空产率逐渐降低。催化剂性能主要与其比表面积、还原性能、所含银铁复合物分散度及CO吸脱附性能有关,即比表面积较大、易于被还原、银铁复合物分散度较高以及较多的CO吸脱附活性位,有利于催化剂CO加氢转化。催化剂表面活性位对CO的非解离吸附强度降低,有利于醇醚产物的生成;而对CO的解离吸附强度增强,则不利于烃类产物的生成。     

硅铝比对完全液相法制备的一步法二甲醚合成催化剂反应性能的影响

采用完全液相法制备了不同Si/Al摩尔比的浆状一步法二甲醚合成催化荆,在搅拌式反应釜中对其催化性能进行了评价.通过XRD,NH3-TPD-MS,H2-TPR和XPS等方法表征了催化剂的体相结构和表面性质.结果表明,完全液相法制备的CuZnSiAl催化剂在反应前其活性组分Cu主要以低价态存在,Cu晶粒大小是影响其活性的主...     

二甲醚燃烧机理的简化及其均质压燃燃烧验证

摘要： 基于积分计算奇异摄动法简化了二甲醚骨架机理,构建了包含24种物质和20个反应的二甲醚简化机理,并采用发动机单区模型进行验证.结果表明：所提出的二甲醚简化机理具有Curran等提出的详细机理的低温反应、负温度系数区、甲酸生成与消耗过程、高温反应等特征,而且与Curran等提出的详细机理的计算结果较吻合,表明其适用于二甲醚均质压燃过程的模拟计算;利用重要性因子进一步“修剪”后的二甲醚简化机理的适用性较差,表明原二甲醚简化机理的简洁度较高.