Ni-Pt/MgAl_(2)O_(4)双金属催化剂构筑及其对不同构型烃类蒸汽重整制氢性能的影响

航空煤油成分复杂,由上百种不同构型的烃类组成,然而正构烷烃、异构烷烃、环烷烃和芳香烃这几类主要组分的构型和性质差异甚大,导致其蒸汽重整反应特性存在较大差异。本论文在前期研发Ni/MgAl_(2)O_(4)基础上,引入Pt构建Ni-Pt双金属催化剂,系统考察了该催化剂对不同构型组分重整反应性能的差异,并对不同构型组分在该催化剂上的重整反应路径进行了阐述。结果表明:液相还原法引人Pt能够使双金属催化剂具有合适的酸性和良好的金属Ni分散性,Ni-Pt两种金属协同效应,不仅能够提高单Ni催化剂活性,同时能够减少Ni烧结,优化催化剂稳定性;另外,不同构型组分在双金属催化剂上的重整性能具有显著差异,其中正癸烷重整的产气率以及H,选择性较为优异。不同构型烃类燃料的反应活性为:甲基环已烷>正癸烷>乙苯。由于甲基环已烷在反应过程中C-C键键能弱,易开环形成链状自由基与水发生重整反应,乙苯具有芳香烃结构且不易开环,重整反应所需能量较高。

生物质和塑料加氢脱氧制备燃料和化学品的双金属催化剂研究进展

在全球致力于实现碳中和的大背景下,生物质和废弃塑料的高值化利用已成为科研领域的研究热点.加氢脱氧反应(HDO),作为实现这一目标的重要途径之一,通过精准解离C-O/C-C键,为生产燃料和化学品提供了有效方法.在HDO过程中,C-O键的氢解及不饱和键的氢化是主要步骤,而C-C键的氢解则是需要避免的副反应.与简单的氢化反应相比,HDO过程需要具有双功能特性的催化剂,特别是当目标产物为含氧化合物时,催化剂的区域选择性至关重要.近年来,双金属催化剂在生物质及其衍生物以及含氧塑料废弃物和聚合物的HDO过程中的应用受到广泛关注.通过深入理解金属纳米颗粒与金属氧化物之间的协同作用和强相互作用,双金属催化剂的理性设计取得了显著进展.特别是,部分金属氧化物(如ReO_(x),WO_(x),MoO_(x),FeO_(x))与贵金属(如Ir,Pt,Ru)之间存在的强相互作用,不仅促进了C-O键的断裂,还有效保留了C-C键,为催化剂的高活性和高选择性奠定了基础.通过调整催化剂组成、使用小比表面积的载体等方法,可以进一步优化催化剂性能.本综述聚焦于金属氧化物改性的贵金属催化剂在HDO反应中的最新研究进展,特别是总结了Ir、Pt和Ru基催化剂在HDO反应中的应用.由于这类催化剂的结构和性能能够精确控制,并且每种催化剂都具备独特的选择性,因此被广泛应用于生物质衍生物和塑料废弃物的HDO过程中.本文总结了双金属催化剂的结构特点、HDO反应机制、催化剂结构与催化性能之间的关联,以及这些催化剂在高附加值化学品生产中的实际应用.我们以甘油和1,2-丙二醇的氢解为模型反应,深入探讨了基于Ir、Pt和Ru的双金属催化剂的催化性能、结构特点和催化机理.这些催化剂在温和条件下实现了高效的氢脱氧反应,有效抑制了C-C键的断裂,并优化了化学选择性和区域选择性.双金属催化剂在生物质精炼和塑料/聚合物转化方面展现出广泛的适用性.本文还介绍了其在木质纤维素衍生原料、羰基化合物以及聚碳酸酯等塑料中的应用.然而,双金属催化剂的稳定性在实际应用中仍面临挑战,如金属烧结、浸出、积碳及金属-金属氧化物界面的重构等问题.因此,未来的研究重点是开发高效的再生方法和高度稳定的催化剂.综上所述,金属氧化物改性的贵金属催化剂在HDO反应中展现出巨大潜力.通过深入研究和优化,有望为生物质和塑料的高值化利用提供有效解决方案.本文旨在为双金属催化剂的理性设计和优化提供参考,以期推动生物质和塑料的高值化利用技术的进一步发展和应用.

Al/SO_(4)^(2-)复合改性CrO_(x)/VO_(x)/SiO_(2)双金属催化剂及其乙烯聚合特性研究

采用溶液浸渍及高温煅烧的方法制备了一系列Al/SO_(4)^(2-)复合改性CrO_(x)/VO_(x)/SiO_(2)双金属催化剂,并研究了其催化乙烯聚合特性。结果表明:采用较低的m(Al)∶m(S)改性的双金属催化剂活性较未改性催化剂提升20%~40%;改性前后催化剂均表现出稳定的聚合活性,采用改性催化剂制备的聚合物相对分子质量更高,相对分子质量分布更宽;采用改性前后催化剂制备的聚合物相对分子质量分布均呈双峰,采用改性催化剂时其超高相对分子质量部分含量有所增加,而中、高相对分子质量部分含量明显更少。上述结果为单釜高效合成双峰聚乙烯产品及聚合物相对分子质量调控提供了重要手段。

IrSn双金属催化剂催化丙烷脱氢机理研究

为解决传统PtSn催化剂在丙烷脱氢(PDH)中结构不稳定导致的失活问题,通过原位转变法设计了一种表面富集SnO_(x)的高效丙烷脱氢催化剂Ir@SnO_(x)-S。结果表明,与浸渍法制备的IrSn-S相比,Ir@SnO_(x)-S催化剂丙烷转化率增加52.8%,同时表现出97%的丙烯选择性,在连续的循环测试中保持了高度稳定的催化性能。通过XRD、XPS、TEM和原位红外等表征手段对2种催化剂进行结构分析发现,在Ir@SnO_(x)-S催化剂表面生成了SnO_(x)富集层,该物种与Ir之间产生强烈的电子交互作用,诱导生成高活性的表面Irδ+物种,进而提升了丙烷活化的转化频率。

铜镍双金属催化剂用于乙二醇氨化制乙二胺反应性能研究

乙二醇(EG)催化氨化制乙二胺(EDA)是一条绿色、高效和经济的获取EDA的路线,但仍存在反应条件苛刻和产物选择性差等问题亟待解决。通过调整n(Cu):n(Ni),采用共沉淀法制备了一系列Cu_(a)-Ni_(1-a)-Al-O(a取值分别为0.09、0.30、0.50、0.70和0.91)催化剂并用于EG催化氨化制EDA反应。采用X射线衍射(XRD)、N_(2)吸/脱附和高分辨率透射电子显微镜(HR-TEM)等对催化剂进行了表征,并对EG催化氨化制EDA的反应条件进行了优化。结果表明,Ni的引入可以显著提高Cu基单金属催化剂的比表面积,其中Cu_(0.09)-Ni_(0.91)-Al-O具有最大的比表面积(150.20 m^(2)/g)和最小的平均孔径(5.84 nm)。Cu_(a)-Ni_(1-a)-Al-O中的Cu和Ni以CuNi合金形式存在,并且随着a减小,催化剂晶体结晶度和晶体尺寸减小。在最优反应条件(200 mg Cu_(0.09)-Ni_(0.91)-Al-O、1 mmol EG、15 mL1,2-二甲氧基乙烷、7 g NH_(3)、3 MPa H2、180℃以及反应13 h)下,EG转化率和EDA产率分别为100%和60%。Cu_(0.09)-Ni_(0.91)-Al-O在最优反应条件下循环使用4次,其催化性能未表现出明显改变。

天津大学的CO_(2)制甲醇双金属催化剂研究获进展

天津大学的研究团队制备了一系列不同比例的Pd-Pt/In_(2)O_(3)催化剂用于CO_(2)加氢制甲醇反应,与Pd/In_(2)O_(3)催化剂相比,在300℃条件下,甲醇时空收率(STY)增加约20%。相关研究成果发表于《化学工程杂志》。Pd/In_(2)O_(3)和Pt/In_(2)O_(3)催化剂用于CO_(2)加氢制甲醇反应时,由于Pd和In_(2)O_(3)间强烈的金属载体相互作用,PdIn合金的产生导致甲醇收率降低。只有原子分散的Pt^(n+)才优先促进甲醇合成,而Pt^(0)纳米颗粒对CO的生成有利。

双金属催化材料耦合生物电化学系统处理有机废水

采用电沉积合成法制备负载在镍泡沫(NF)上的双金属氧化物Fe_(3)O_(4)/CuO催化材料,将其应用于双室微生物燃料电池(MFC)的阴极,通过电化学去除废水中化学需氧量(COD)、氨氮(NH_(4)^(+)-N)和磷(P)污染物。通过电化学测试分析制备的Fe_(3)O_(4)/CuO-NF催化材料具有明显的氧化还原峰和更低的电荷转移电阻,表现出更高的催化活性。MFC系统运行期间最高输出电压达695 mV,最大输出功率密度达576 mW·m^(-2)。实验结果显示,镍泡沫基双金属催化材料耦合微生物燃料电池系统对COD、NH+4-N和P具有高效的降解性能,去除率分别为92.15%、95.46%和97.77%。研究表明,采用Fe 3 O 4/CuO-NF耦合MFC系统不仅具有良好的产电性能,在有机废水的处理中也表现优异,该方法更加经济、能耗低、效率高,应用前景广阔。

铁镧双金属催化剂的制备及产氨性能研究

利用模板法与水热工艺将Fe与La相结合制备出Fe-La双金属催化剂,在常压250℃下,50 mol%NaOH~50 mol%KOH熔融盐电解质中对NRR合成氨反应进行研究,结果表明Fe-La双金属催化剂表现出优秀的选择性,在浸渍时Fe/La摩尔比为1:2制备的Fe-La双金属催化剂的库伦效率可达81.98%的较高水平。同时通过XRD、XPS及SEM表征分析证实催化剂载体碳微球颗粒大小约为8μm,活性物质主要为La2O3纳米颗粒与少量LaFeO_(3)纳米颗粒。

Ni-Cu双金属催化剂对蓖麻油催化加氢的性能研究

采用共沉淀法制备了一系列负载型镍铜双金属催化剂,并将其应用于蓖麻油加氢反应。考察了不同金属摩尔比、催化剂制备条件、反应温度、反应压力对蓖麻油氢化反应的影响。结果表明,在以SD-Ⅱ膨润土为载体,金属硝酸盐为反应物,镍铜摩尔比为2.5:1的条件下,制备的催化剂活性和选择性最佳。同时,在H2压力为2 MPa,反应温度为160℃条件下,反应1 h后产品氢化蓖麻油的碘值可以达到3.5 g/100 g左右、羟值达到158.9 mg/g左右,均达到国家标准的指标参数要求。该催化剂在循环使用5次后,仍未发现明显失活。实验结果表明,这种低成本、性能稳定的双金属催化剂可用于氢化蓖麻油工业化生产及连续工艺的开发。

制备条件对CuFe双金属催化剂混合醇合成的影响

采用液相还原法制备了用于混合醇合成的CuFe双金属催化剂,结合XRD、低温Ar吸附-脱附和H_(2)-TPR等表征方法,研究了液相还原过程中催化剂制备温度、分散剂种类及用量、pH等制备条件对催化剂反应活性及C_(2)^(+)混合醇选择性的影响;分析了催化剂结构及反应性能间的构-效关系,并优选了制备条件。实验结果表明,较低的制备温度、较高的分散剂(乙二醇)用量、pH中性有助于活性金属组分的分散,促进双金属协同效应,提高催化剂反应活性及C_(2)^(+)混合醇选择性;综合考虑CO转化率、总醇选择性及C_(2)^(+)醇选择性,液相还原法制备CuFe双金属催化剂较适宜的条件为:以300 mL乙二醇为分散剂、冰水浴、pH=7.0。

Fe/Co双金属催化剂催化叔胺酰胺化

叔胺的酰胺化反应,特别是带有苄基的叔胺的酰胺化,一直是有机合成中的难题。采用介孔二氧化硅掺杂金属的方法制备的一种双金属高活性纳米催化剂Fe-Co@SHSss,在叔丁基过氧化氢(TBHP)的氧化作用下对模拟底物N,N-二甲基苄胺的酰胺化显示出良好的催化效果,得到的反应产物N,N-二甲基苯甲酰胺的产率可以达到80%左右,产物结构经过^(1)H NMR,^(13)C NMR和MS(ESI)表征。使用叔丁基过氧化氢构建的清洁的反应体系,比较符合绿色化学的原则,这对于叔胺的氧化具有十分重要的意义。

低温等离子体耦合Co-Mn双金属催化剂降解三氯乙烯

以γ-Al_(2)O_(3)为载体,采用等体积浸渍法制备钴锰催化剂(Co/γ-Al_(2)O_(3)、Mn/γ-Al_(2)O_(3)、Co_(3)Mn_(1)/γ-Al_(2)O_(3)、Co_(1)Mn_(1)/γ-Al_(2)O_(3)、Co_(1)Mn_(3)/γ-Al_(2)O_(3)),研究不同催化剂耦合低温等离子体(NTP)对三氯乙烯的降解性能.与单一NTP相比,NTP耦合催化剂可显著提高三氯乙烯的去除率、COx产率、碳平衡、HCl和Cl2产率,减少副产物的产生.Co-Mn双金属催化剂催化性能高于单一Co和Mn负载的催化剂,其中Co_(3)Mn_(1)/γ-Al_(2)O_(3)具有最高的催化活性,电压为6—10 kV,Co_(3)Mn_(1)/γ-Al_(2)O_(3)耦合NTP对三氯乙烯去除率(39.7%—96.94%)与COx(33.04%—87.36%)产率最高.通过BET、XRD、H2-TPR、XPS表征催化剂的物化性质,以阐明不同催化剂耦合NTP降解三氯乙烯效果存在差异的原因.结果显示,Co_(3)Mn_(1)/γ-Al_(2)O_(3)催化剂具有较高的比表面积,较小的Co_(3)O_(4)晶粒尺寸,较低的还原温度,且催化剂表面上的Mn^(4+)、Co_(3+)和Oads含量更高,有利于三氯乙烯的降解.最后通过GC-MS分析三氯乙烯降解过程中产生的有机中间体,推测了低温等离子体降解三氯乙烯的反应路径.

Pd基双金属催化剂催化HBIW氢解脱苄反应

为了降低六苄基六氮杂异伍兹烷(HBIW)氢解脱苄反应中钯催化剂的用量,提出沉淀-还原法合成钯基双金属催化剂的方法。对不同载体负载的催化剂进行筛选和优化,研究不同载体、金属助剂、催化剂中钯的质量分数、催化剂与原料HBIW的质量比对产物收率的影响。结果表明,在0.5 g HBIW、0.4 MPa H2、15℃反应8 h,随后升温至45℃,继续反应24 h的条件下,以Pd质量分数为5%的催化剂(记为5%Pd-Ni/γ-Al_(2)O_(3))为最优催化剂、催化剂的质量为0.0375 g时,催化HBIW的氢解脱苄反应,产物获得85%收率,此时催化剂中钯与原料HBIW的质量比为0.375%。在声共振强化下进行氢解脱苄反应,在加速度为392 m·s^(-)2、0.5 g HBIW、0.4 MPa H2的条件下,反应时间缩短至100 min,产物仍保持了85%收率。

Au(Ⅰ)-Pd(Ⅱ)-乙烯基的双金属催化的碳锡烷基化反应

研究了Au-Pd共催化炔烃与乙烯基锡烷的反应。Pd单独作为催化剂会形成非常高的反应势垒,导致反应不能发生。Au(Ⅰ)配合物的引入避免了在Pd上反式排列形成涉及乙烯基的高能结构,极大降低了反应势垒,通过DFT量化计算说明了Pd和Au的中间体的作用。

镍铁双金属催化剂的制备及其催化甲烷裂解性能评价

催化甲烷裂解(CMD)可产出不含COx的氢气和高附加值的炭材料,是一种潜在的环境友好型制氢工艺。为了开发一种高效的CMD催化剂,以泡沫镍和Fe(NO3)3·9H2O为前驱体、MgO粉末作为载体,采用熔融法制备了镍铁双金属催化剂。考察了双金属负载比例、焙烧温度(550~850℃)和CMD反应温度(600~850℃)对镍铁双金属催化剂的CMD反应催化性能的影响。结果表明,当镍和铁的负载量(质量分数)分别为11%和25%,焙烧温度为600℃时,所得催化剂在850℃下的CMD反应中表现出良好的催化活性和稳定性,甲烷转化率达94%以上。采用塔曼温度分析了镍铁双金属催化剂的形成过程及镍铁双金属之间的潜在协同作用,并利用柯肯达尔效应解释了形成的积炭形态和催化剂的潜在失活原因。

双金属催化剂还原性能研究

采用共沉淀法制备CuO-CoO和CuO-Fe_(2)O_(3)催化剂。采用程序升温还原(TPR)技术测定纯CuO、Co_(3)O_(4)、Fe_(2)O_(3)和CuO-CoO、CuO-Fe_(2)O_(3)催化剂的还原动力学参数。结果表明,添加CuO能促进Co_(3)O_(4)和Fe_(2)O_(3)的还原,两种催化剂的还原温度向低温方向偏移,还原活化能明显降低。并且,Cu的存在还改变了氧化铁的还原历程。

活性金属负载量及配比对CuFe双金属催化剂催化合成混合醇的影响

采用液相还原法制备了CuFe双金属催化剂,考察了活性金属负载量及Cu、Fe摩尔比对催化剂反应活性和C_(2+)混合醇选择性的影响,分析了活性金属负载量、Cu/Fe摩尔比、催化剂结构及反应性能间的构-效关系,优化了催化剂的制备配方。结果表明,活性组分负载量的增大有助于提高催化剂的反应活性,但过量的金属负载量会导致活性组分发生团聚,影响总醇及C_(2+)混合醇的选择性;Cu/Fe摩尔比的增大抑制了催化剂的反应活性,但有助于增强CO吸附能力及Cu、Fe间的协同效应,提高产物中醇类及C_(2+)醇的选择性。综合考虑CO转化率、总醇及C_(2+)醇选择性,液相还原法制备CuFe双金属催化剂较适宜的活性组分总负载量为30%、铜铁摩尔比为3.0。

中国科学院大连化学物理研究所的CO_(2)加氢制烯烃Co-Fe双金属催化剂研究获进展

近日,中国科学院大连化学物理研究所的研究团队通过制备一系列Na修饰的具有不同组成和亲密性的Co-Fe双金属催化剂,比较了不同催化剂上CO_(2)加氢制烯烃的性能,并考察了Co-Fe双金属催化剂中Co和Fe的组成和亲密性对活性相形成的影响和结构演化。相关研究成果发表于《应用催化B∶环境》杂志。

甲烷二氧化碳重整制合成气镍-钴双金属催化剂

采用微反 -色谱、TPO、TPR和 CO2 -TPD等技术研究了负载型 Ni/Si O2 、Co/Si O2 和 Ni-Co/Si O2 催化剂对甲烷二氧化碳重整反应的催化活性、抗积炭性能 ,并对其还原性能和表面吸附性能进行了表征 .发现与单金属催化剂相比 ,Ni-Co/Si O2 双金属催化剂有优越的催化活性和抗积炭性能 .催化剂表征结果表明 ,在Ni-Co/Si O2 催化剂中 Ni促进了 Co的还原 ,Co提高了催化剂对 CO2 的吸附能力 ,抑制了低活性积炭物种的生成 .