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.

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。

一种新型铑钌双金属催化剂对NBR加氢的研究(英文)

研制了一种新型铑钌双金属加氢催化剂（BMSC）用于NBR不饱和双键的加氢，具有高活性、良好的选择性和较低的成本。通过与单金属催化剂RhCl(PPh_3)_3及RuCl_2(PPh_3)_3对NBR加氢活性及加氢速率对比，表明BMSC的加氢活性与RhCl(PPh_3)_3的相当且无凝胶生成，其相对加氢速率从大到小为RhCl(PPh_3)_3，BMSC，RuCl_2(PPh_3)_3。Raman光谱分析表明这是一种新型络合加氢催化剂，它不同于RhCl(PPh_3)_3和RuCl_2(PPh_3)_3催化剂的混合物。通过红外光谱对加氢前后的NBR进行了表征，得到加氢前后—CN的特征峰(2 247 cm^(－1)处)无变化,同时在3 400～3 500 cm^(－1)和3 310～3 450 cm^(－1)处未发现—NH_2和仲胺的特征峰,说明—CN没有被还原。因而这是一种高活性、高选择性的NBR加氢催化剂，其加氢度可达98％以上而无凝胶生成。

(1S,2S)-DPEN修饰的负载型钌-铑双金属催化剂催化苯乙酮及其衍生物的不对称加氢

制备了以三苯基膦(PPh_3)作为助剂的Ru-Rh/γ-Al_2O_3催化剂,在氢氧化钾的异丙醇溶液中,用(1S,2S)-DPEN[(1S,2S)-1,2-diphenylethane-1,2-diamine]作手性修饰剂对苯乙酮及其衍生物进行不对称催化加氢,此催化剂表现出较高的催化活性和良好的对映选择性.优化反应条件,苯乙酮、乙基苯基酮和异丙基苯基酮的转化率分别达到92.5%,95.9%,100%,生成(R)-构型产物的ee值分别达到79.6%、81.2%和81.4%.

铑-钌双金属催化剂用于丁腈橡胶加氢最佳工艺参数

用作者研制的铑 -钌双金属配位化合物催化剂 (BMSC)对丁腈橡胶溶液进行均相加氢 .采用正交设计方法 ,考察温度、压力、催化剂用量和反应时间对加氢度的影响 ,并用极差分析方法对正交试验结果进行分析 ,得到了最佳的加氢工艺参数 .在反应温度为 145℃、氢气压力 1.2MPa、反应 4h的条件下 ,催化剂用量为NBR胶重的 0 .2 5 % ,产物加氢度可达 98%以上 .

层状双金属氢氧化物衍生催化剂在CO_(2)加氢中应用的研究进展

CO_(2)加氢是合成高附加值化学品和液体燃料的重要途径,有助于减少对化石燃料的依赖并降低温室气体排放量。设计并开发高效、稳定的催化剂是CO_(2)加氢的关键点之一。层状双金属氢氧化物(LDHs)材料衍生的催化剂具有比表面积高、组成与结构易调控等特点,在CO_(2)加氢中具有良好的应用前景。总结了LDHs衍生催化剂用于CO_(2)加氢制烃类、醇类,以及CO和甲酸的研究进展,重点介绍了LDHs衍生催化剂的结构、组成与性能以及反应机理,并对目前存在的问题以及未来的发展进行了总结与展望。

Ru基负载型催化剂对2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二酮加氢效果的影响

以γ-Al_(2)O_(3)为载体、贵金属Ru为活性组分,制备了Ru基单金属催化剂Ru/Al_(2)O_(3),并以2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二酮(TMCB)为原料,在高压反应釜加氢反应评价装置上进行催化加氢合成2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇(CBDO)的工艺研究,并考察了相关工艺条件对加氢反应TMCB转化率和CBDO选择性的影响。实验结果表明,适宜反应条件为反应温度120℃、反应时间2 h、H_(2)压力4 MPa,在此条件下,TMCB的转化率为100%,CBDO的选择性为70.4%,顺反异构比为1.03。

Pd基双金属乙炔选择性加氢催化剂研究进展

Pd金属具有独特的电子结构和优良的活性,被广泛应用于工业选择加氢反应中。利用第二金属形成Pd基双金属催化剂,可通过改变Pd粒子的粒径、形貌或配位环境等,进而提高Pd催化剂的选择性。综述了采用先进的表征手段及理论模拟计算方法等,对不同合成策略和组成的Pd基双金属催化剂的“构-效”关系及调控规律的探讨研究成果。介绍了Pd双金属纳米团簇、Pd单原子合金和Pd双原子为代表的Pd基双金属催化剂,及它们在乙炔选择加氢中的应用,并对制备方法进行归纳总结,指出了未来Pd基双金属催化剂的发展趋势。

水溶性含钌-铂双金属催化剂催化卤代芳香硝基化合物选择性加氢

考察了水溶性 Ru/ Pt-TPPTS双金属催化剂催化卤代芳香硝基化合物的加氢性能 .实验结果表明 ,在Ru-TPPTS中添加铂或钯后 ,反应活性明显提高 ,尤其是 Ru/ Pt-TPPTS双金属催化剂更表现出显著的双金属协同效应 .在 p H2 =1 .0 MPa,70℃ ,反应 2 h的条件下 ,双金属催化剂 0 .5 0 Ru/ 0 .5 0 Pt-TPPTS催化对 -氯硝基苯加氢生成对 -氯苯胺的反应转化率达到 1 0 0 % .对于取代基和取代位置不同的一些卤代硝基苯加氢 ,该双金属催化剂也表现出很高的催化活性和生成卤代苯胺的选择性 。

铑钌双金属双配体催化剂制备氢化丁腈橡胶

采用自制的新型铑钌双金属双配体催化剂对丁腈橡胶 (NBR)进行溶液加氢 ,制得氢化丁腈橡胶 (HNBR)。加氢度≥ 98% ,产物无凝胶。实验表明 ,这种新型铑钌双金属双配体催化剂 (Rh Ru T Y) ,不仅具有与铑钌双金属单配体催化剂 (Rh Ru P)及单一铑催化剂 (RhCl(PPh3 ) 3 )相同的催化活性和选择性 。

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。

负载型钌-铱双金属催化剂催化对氯硝基苯选择性加氢

采用异丙醇浸渍法制备了负载型Ru-Ir/γ-A l2O3双金属催化剂用于催化对氯硝基苯的选择加氢。系统考察了温度、压力、时间、溶剂的极性及底物浓度对于催化加氢反应的影响。实验结果表明,在Ru-Ir/γ-A l2O3双金属催化体系中,催化剂的活性和目标产物的选择性较好。在P(H2)=1.0 MPa,70℃,反应150 m in的条件下,双金属催化剂Ru-Ir/γ-A l2O3催化对氯硝基苯中硝基选择性加氢反应转化率达到100%,生成对氯苯胺选择性达95%。

铑-钌双金属配位催化剂氢化丁腈橡胶的流变性能

研究了铑-钌双金属配位催化剂体系制备的氢化丁腈橡胶(HNBR)的相对分子质量及其分布、剪切应力与剪切速率的关系、表观黏度与剪切速率的关系、表观黏度与温度的关系以及口型膨胀情况。结果表明,制备的HNBR的加工流变行为具有较高的剪切速率敏感性和很低的加工温度敏感性,且其加工流变行为与已工业化生产的国外同类产品相当。

水溶性钌-钯双金属催化剂催化卤代芳香硝基化合物选择性加氢

考察了水溶性Ru/Pd-TPPTS双金属催化剂催化卤代芳香硝基化合物的加氢性能.实验结果表明,在原位合成的Ru-TPPTS催化体系中添加PdC l2后,催化剂的活性明显提高,尤其是0.50Ru/0.50Pd-TPPTS双金属催化剂表现出显著的钌和钯之间的双金属协同效应.在PH2=1.0 MPa,70℃,反应70 m in的条件下,双金属催化剂0.50 Ru/0.50 Pd-TPPTS催化对-氯硝基苯中硝基选择性加氢反应时转化率达到100%,生成对-氯苯胺选择性为92.3%.对于取代基和取代位置不同的一些卤代硝基苯加氢,双金属催化剂0.50 Ru/0.50 Pd-TPPTS也表现出很高的催化活性和较高的生成卤代苯胺选择性.

负载型钌-钇双金属催化剂催化萜烯树脂加氢反应研究

采用浸渍法制备了负载型Ru-Y/Ti O_2催化剂,并考察了其在萜烯树脂加氢反应中的催化性能。结果表明,负载型Ru-Y/Ti O_2催化剂对萜烯树脂加氢反应具有较高的催化活性,在150℃,氢气压力4 MPa,反应时间6 h,制得了无色或浅色萜烯树脂,加氢反应前、后萜烯树脂的色差可达82%以上,且催化剂稳定性较好,循环使用5次后,其催化萜烯树脂加氢反应前后的色差仍高于75%。合成的无色或浅色萜烯树脂具有无毒、稳定和抗老化等特性,可广泛应用于塑料、油墨、涂料、黏合剂、电子产品、食品加工和医药材料等领域。

钌钯双金属催化剂催化L-氨基丙酸加氢特性

通过添加金属Pd对Ru/C催化剂进行改性,提高了L-氨基丙酸加氢制备L-氨基丙醇的收率和光学选择性。采用ICP-MS、XRD、TEM和XPS对所制备的催化剂进行了系统的表征,结果表明:Ru Pd物种在载体活性炭上分散均匀粒径较小,Pd原子的加入可显著改善Ru的电子特性,调变不同的Ru Pd原子比,可影响Ru Pd物种的存在状态,进而影响L-氨基丙醇的收率和光学选择性。在氨基丙酸浓度为0.9 mol·L-1,磷酸浓度0.69 mol·L-1,催化剂用量为反应物的20%,反应温度95℃,压力4.0 MPa的反应条件下,Ru Pd原子比为3∶1时催化剂表现出最好的催化性能,L-氨基丙醇的收率达到99.7%,产品的光学选择性同样达到了99.7%,同时催化剂能循环使用20次,催化性能基本保持不变。

含钌双功能催化剂上苯加氢烷基化反应性能

采用介微孔复合结构分子筛作为载体,并采用金属-配合物自组装、离子交换和等体积浸渍多种方法,对加氢烷基化双功能催化剂上的金属颗粒尺寸以及分布位置进行了调控,制备了酸中心与金属中心(双中心)位置分布不同的双功能催化剂。其催化苯加氢烷基化反应评价结果显示,双中心的相对分布对主产物环己基苯的选择性没有显著影响,但对苯的转化率以及副产物环己烷、二环己基苯的选择性表现出明显的差异,原因是催化剂上金属与载体间作用力、金属颗粒尺寸及尺寸分布的不同造成催化剂加氢性能的差异,影响了后续烷基化反应。采用金属孔道封装和双功能催化剂机械混合的方法,验证了溢流氢存在。溢流氢形成与扩散在反应中克服了微孔的扩散限制,使双中心之间的距离对苯加氢烷基化催化性能的影响减小。

聚合物稳定的Ru-Pt/γ-Al_2O_3双金属催化剂催化2,5-二氯硝基苯选择性加氢

制备了以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)稳定的Ru- Pt/γAl2O3负载型双金属催化剂,用于2,5-二氯硝基苯中的硝基选择性加氢.考察了催化剂还原方法,反应温度、压力、时间和添加金属离子对反应的影响.结果表明,用乙醇还原的Ru- Pt/γAl2O3催化剂性能明显好于用其它方法还原的催化剂,在50℃和氢气压力1.0MPa的条件下反应1h,转化率为41.4%,生成2,5-二氯苯胺的选择性为63.5%.如果在上述反应条件下向该催化体系中加入Sn4+离子,反应的活性和选择性则大幅度提高,转化率达100%,选择性为77.6%,延长反应时间至4h,选择性可达99.3%,并且没有脱氯产物的生成.

铑-钌双金属配位催化剂制备氢化丁腈橡胶的结构和性能

用自制的铑-钌(Rh-Ru)双金属配位催化剂对丁腈橡胶(NBR)进行溶液均相催化加氢,制备了氢化丁腈橡胶(HNBR)。采用红外光谱法、核磁共振法、溴碘试剂法和差示扫描量热法进行了分析表征。结果表明,NBR中CC被加氢还原,而耐油基团—CN没有改变;HNBR的玻璃化转变温度先随加氢度的增加略有下降,当加氢度达到90%以上时,又缓慢升至原胶NBR的水平。以加氢度为95%的HNBR为基础胶料,制得了邵尔A型硬度为73、拉伸强度为25MPa、扯断伸长率为195%、压缩永久变形为17%的硫化胶。

新型双金属双配体催化剂对NBR加氢的影响

以四甲基乙二胺-苯硫醚为双配体制备了新型铑钌加氢催化剂,研究了这种催化剂对NBR的加氢活性,主要考察了催化剂浓度以及反应温度、时间、氢气压力、胶液浓度对NBR溶液加氢性能的影响,得到了新型双金属双配体催化剂对NBR加氢的较佳工艺参数.同时在自行设计的动力学研究装置上,测试了催化剂对NBR加氢的空气稳定性,其空气稳定性优于现有的其他贵金属加氢催化剂.与几种商业化的胶的性能进行了对比,自制的HNBR产品力学性能达到了工业化产品的水平,表明这种新型催化剂具有高活性、好的选择性以及优良的实用性.