HY分子筛催化异丁烷/丁烯烷基化反应中加成反应的模拟研究

建立了120T HY分子筛模型,采用量子力学与分子力学(QM/MM)相结合的方法,揭示了叔丁基烷氧基团(TBA)与异丁烯/2-丁烯发生加成反应的细节,并比较了二者的异同。结果表明,叔丁基碳正离子是加成反应的过渡态,且TBA与2-丁烯分子发生加成反应的能垒值是与异丁烯反应的2倍左右。这是由于过渡态的碳正离子与异丁烯之间的电荷转移明显大于与2-丁烯的,二者之间的相互作用力更强,故过渡态能量更低。另外,由于TBA与2-丁烯发生加成反应后中心C原子稳定性降低,故需要首先生成"三角形结构"中间产物,再形成C8碳正离子,最终形成C8烷氧基团完成加成反应。

不同载体对负载型氧化钨催化剂在己二酸合成反应中的结构及性能影响

以SBA-15、六角介孔二氧化硅(HMS)和SnO2为载体,通过浸渍法合成了含钨负载型催化剂,并考察了三种催化剂在环氧环己烷选择氧化制备己二酸反应中的催化性能.通过X射线衍射(XRD),透射电镜/场发射透射电镜(TEM/FETEM),紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS),拉曼(Raman)光谱,X射线光电子能谱(XPS)以及傅里叶变换红外(FTIR)光谱等手段对各种催化剂的结构进行表征.结果表明,载体与催化剂的性能有密切的关系.以SnO2为载体的WO3/SnO2催化剂活性最高,其次是WO3/HMS催化剂,WO3/SBA-15催化剂的活性最差.XRD分析显示WO3/SnO2催化剂中氧化钨物种的晶化程度最低,TEM和XPS结果表明氧化钨物种在WO3/SnO2催化剂表面高度分散并且粒径尺寸很小(约2 nm),UV-Vis DRS结果表明在WO3/SnO2催化剂中存在孤立[WO4]四面体和低聚态的钨物种,这些物种的存在可能是WO3/SnO2催化剂具有高活性的主要原因.此外,WO3/SnO2催化剂可以重复使用多次,6次反应后己二酸(AA)得率仍然保持在80%以上,说明氧化钨物种与SnO2载体间存在强烈的相互作用,从而提高了催化剂的稳定性.

Ru/氧化物催化剂在甲苯部分加氢反应中的载体效应

采用浸渍-化学还原法制备了一系列负载型Ru催化剂,考察了一些常见的氧化物载体(Si O_2、mZr O_2、t-Zr O_2、g-Al2O3和P25)对甲苯部分加氢制甲基环己烯催化性能的影响。采用N_2物理吸附、X射线粉末衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)等手段对催化剂进行了系统的表征。研究表明,载体通过影响Ru的粒径,进而影响甲苯部分加氢催化性能。当Ru纳米粒子的粒径由2.6 nm增大到17.3 nm时,甲苯的转换频率(TOF)以及甲基环己烯初始选择性(S0)先增加,然后降低,呈火山型变化趋势,二者的最大值均在Ru粒径为3.0 nm时出现。在催化性能最优的Ru/P25催化剂上,进一步考察了修饰剂的种类和浓度、反应温度、反应压力等条件的影响。当反应温度为423 K、H_2压力为5.0 MPa,以0.25 g七水合硫酸锌为修饰剂时,Ru/P25催化剂上的初始加氢速率(r0)为26 mmol?g^(-1)?min^(-1),S0为57%,甲基环己烯得率可达36%。

用于费托合成的骨架Co@HZSM-5核壳催化剂

以骨架Co为内核,通过水热合成在其表面包覆HZSM-5分子筛膜,制备了具有核壳结构的骨架Co@HZSM-5催化剂.采用元素分析、氮物理吸附、粉末X射线衍射、扫描电子显微镜、氨脱附等手段对催化剂的物理化学性质进行了表征.在气相费托合成反应中,骨架Co@HZSM-5核壳催化剂显示了比物理混合的骨架Co-HZSM-5催化剂更好的催化裂解作用,故C5-C11汽油段产物选择性高.通过改变水热时间,对分子筛膜厚进行了调节,发现适当的分子筛膜厚在保证催化剂具有较高活性的前提下,使长链费托合成产物完全裂解,高选择性地得到汽油段产物.提高反应温度有利于费托合成反应的进行以及分子筛上裂解效率的提高,但产物分布向短链烃方向移动.在水热4天制备的骨架Co@HZSM-5核壳催化剂上及反应温度为250°C时,得到了最佳反应结果,汽油段产物选择性达79%,说明费托合成活性中心与催化裂解酸中心之间形成了良好的协同作用.

工业氨肟化工艺失活HTS分子筛的结构特征和Ti物种状态

采用XRD及其Rietveld全谱拟合、低温N2吸附-脱附、XPS、TEM(包括EFTEM和HRTEM)、UV-Vis等手段对失活HTS分子筛的晶胞参数、骨架结构、颗粒形貌和Ti物种的位置与状态进行分析。结果表明,HTS分子筛失活后,其拓扑结构保存完整,且晶胞参数未发生明显变化,但部分微孔结构发生溶解,介孔体积增大,比表面积略有下降。HTS分子筛失活后,部分骨架Ti物种转变为非骨架Ti物种,富集且高度分散于分子筛颗粒形成小碎片,可以初步判定该碎片为高度分散的无定型TiO2或TiO2-SiO2氧化物。

Ru-Zn/ZrO_2催化剂在苯部分加氢反应中的孔径效应

采用沉淀法和溶剂热法合成了三种具有相同晶型但不同孔径的四方ZrO_2(t-ZrO_2),以此为载体,采用沉积沉淀-硫酸锌溶液中还原的方法制备了Ru-Zn/ZrO_2催化剂,考察了Ru-Zn/ZrO_2催化剂的孔径对苯部分加氢性能的影响.采用粉末X射线衍射(XRD)、N_2物理吸附、电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)、CO化学吸附、X射线光电子能谱(XPS)、X射线吸收近边结构(XANES)、X射线激发俄歇电子能谱(XAES)、H_2程序升温还原(H_2-TPR)和透射电子显微镜(TEM)等手段对载体和催化剂进行了系统的表征.研究表明,在苯部分加氢反应中,Ru-Zn/ZrO_2催化剂的孔径对环己烯的选择性有显著影响.随催化剂孔径的增大,苯的转换频率(TOF)基本不变,环己烯初始选择性(S0)则逐渐升高,孔径为11.7 nm的ZrO_2(ZrO_2(11.7))负载的Ru-Zn/ZrO_2(11.7)催化剂的S0及得率最高,分别可达88%和54%.结合催化剂的表征和加氢结果,讨论了孔径影响苯部分加氢活性和选择性的原因.

PMAs的结构与性能及其制备工艺

PMAs分子结构独特,制备工艺适应性强,在润滑油添加剂领域占有重要地位。通过PMAs的分子结构与工艺设计,如单体与聚合物极性、单体类型、单体含量、侧链烷基长度、官能团引入、分子量及其分布的调控等,可赋予产品希望的特性或通用性,是开发市场竞争力产品的有效途径。文章对此进行了详细论述,并指出未来PMAs的研发趋势。

短孔道Pt/W-s-SBA-15催化剂的合成及甘油催化氢解制1,3-丙二醇性能的研究

合成了孔道平行于短轴方向的W原位掺杂的介孔SBA-15分子筛(W-s-SBA-15),以其为载体制备了Pt/W-s-SBA-15催化剂,考察了催化剂中Pt、W负载量变化对甘油氢解制1,3-丙二醇(1,3-PDO)性能的影响.采用多种手段对催化剂的形貌、活性组分Pt和W的存在状态、催化剂的酸性等性质进行了系统的表征.催化剂评价结果表明,随着Pt、W负载量的增加,甘油的总转化率和液相转化率(CTL)提高,而1,3-PDO选择性呈先升高后降低的火山型变化趋势.在Pt负载量为4.0 wt%、W/Si物质的量比为1/480的4Pt/W-s-SBA-15(1/480)催化剂上,在433 K、H2压力4.0 MPa、反应时间24h的条件下,甘油氢解制1,3-PDO的得率可达49.0%.根据表征结果,我们发现在Pt/W-s-SBA-15催化剂上的甘油转化率与Pt活性比表面积直接相关,而小的Pt粒径、Pt与单分散WO4之间密切的协同作用,则有助于提高1,3-PDO的选择性.

Ru-B/MIL-53(Al_xCr_1)催化剂在苯部分加氢反应中的催化性能

金属-有机骨架材料不仅比表面积大、孔隙率高、孔道规则,而且化学性质和结构性质多样、可调,所以在近年来受到了研究者的广泛关注.合成了MIL-53(Al)、MIL-53(Cr)及新颖的含有二元配位金属的MIL-53(Al_xCr_1)(x=1,2,3,4)材料,以此为载体采用浸渍-化学还原法制备了Ru-B/MIL-53催化剂,考察了它们在苯部分加氢制环己烯反应中的催化性能.催化剂评价结果表明,Al/Cr比不仅影响Ru-B/MIL-53催化剂上的初始反应速率(r0),也影响环己烯的初始选择性(S0).一般而言,高Al含量的MIL-53作为载体对r0有利,而含有二元配位金属的MIL-53作为载体时,S0高于仅有单一配位金属的MIL-53载体.在环己烯选择性最高的Ru-B/MIL-53(Al_3Cr_1)催化剂上,r0和S0分别为9.2 mmol/(min·g)和71%.采用多种手段,对环己烯选择性差异最为显著的Ru-B/MIL-53(Al_3Cr_1)和Ru-B/MIL-53(Cr)催化剂的物化性质进行了对比研究,发现二者Ru-B纳米粒子的化学组成、电子性质、微观结构接近,但前者的活性表面积大于后者,Ru-B粒子的尺寸更小,分散更加均匀,且金属-载体作用更强.更小的Ru-B粒径不仅能够提供更多的活性位,而且也有利于环己烯选择性的提高.通过对反应条件进行优化,在180℃和5.0 MPa H_2压力下,以100mL乙醇胺为修饰剂时,在Ru-B/MIL-53(Al_3Cr_1)催化剂上可得环己烯得率29%的结果.

HY分子筛催化己烷/环己烷质子化反应的分子模拟

本文研究了己烷与环己烷质子化反应的细节,选取了336T分子筛模型,采取量子力学与分子力学(QM/MM)相结合的方法进行计算。结果表明,烷烃的质子化过程有两步基元反应,先经历CHH五配位碳正离子过渡态,生成CHC五配位碳正离子,然后CHC五配位碳正离子发生裂化得到最终的烷氧化物。在第一步基元反应中,己烷生成CHC五配位碳正离子需要克服189.4 kJ/mol的能垒,而环己烷的生成五配位碳正离子需克服293.8 kJ/mol的能垒,环己烷反应的能垒比己烷高,这主要是受分子自身结构的影响。与己烷相比,环己烷过渡态电荷转移更明显,与分子筛酸中心相互作用力更强,生成五配位碳正离子的过程较难,过渡态能垒较高。另外,环己烷的特征结构也影响了其裂化过程,使得环己烷的反应能垒125.3kJ/mol比己烷的能垒31.1 kJ/mol高。

基于咔唑羧酸配体构筑铁基金属有机框架及其对CO2/CH4混合气体的分离性质

通过咔唑羧酸配体(H3L)与三核铁簇[Fe3(μ3-O)(CH3COO)6]在水热条件下反应,合成了具有三维骨架结构的铁基金属有机框架(1).气体吸附实验结果表明,化合物1具有高的比表面积且对CO2的吸附量大于对CH4的吸附量.理想溶液吸附理论(IAST)计算结果表明,化合物1在100 kPa及温度分别为273和298 K下对CO2/CH4(体积比为0.5∶0.5)混合气体的分离比分别为3.52和3.15,预示其可以作为一种CO2/CH4分离型材料.

W量对Pt/GaWZrO_(x)催化剂结构及甘油选择氢解性能的影响

在甘油选择氢解制1,3-丙二醇(1,3-PDO)反应中, Pt-WO_(x)催化剂体系因其高活性和高选择性而受到研究者的广泛关注.本工作制备了W量不同的Ga掺杂GaWZrO_(x)固体酸(GaWZ),然后作为载体采用浸渍法制备了Pt/GaWZ催化剂,系统考察了W的量对催化剂物化性质和催化性能的影响.CO化学吸附和X射线光电子能谱(XPS)表征发现,随着GaWZ载体中W量的增加,其上负载的Pt的分散度先增加,在10%(w) W的Pt/GaWZ(10)催化剂上达到最高值86%,然后在15%(w) W时降低.紫外-可见漫反射(UV-Vis DRS)、傅里叶变换红外(FTIR)和XPS表征表明, Pt/GaWZ催化剂中的W与四方相ZrO_(2)表面的Zr—OH基团存在较强作用,形成了单分散的WO_(x)物种;当大于7.5%(w) W时,开始出现第二层WO_(x)物种.单分散的WO_(x)物种可能是Pt分散度提高的重要原因.由程序升温氨脱附(NH_(3)-TPD)和吡啶吸附红外(Py-IR)表征结果可见,W的量越高,催化剂的酸量越大,Brφnsted酸和Lewis酸同时增加.在甘油氢解反应中,随着W的增加, Pt/GaWZ催化剂上的甘油转化率呈火山型变化趋势,而目标产物1,3-PDO的选择性则持续提高. 1,3-PDO得率在Pt/GaWZ(10)催化剂上达到最高,为47.5%,而且该催化剂有良好的套用稳定性.根据表征结果,我们推测Pt的分散度及Pt与WO_(x)物种之间的协同作用决定了Pt/GaWZ催化剂在甘油氢解反应中的活性;而1,3-PDO选择性与Brφnsted酸量之间呈现的良好的线性关系,说明WO_(x)物种上的Brφnsted酸位是决定Pt/GaWZ催化剂上1,3-PDO选择性的关键.

壳层厚度对骨架Fe@HZSM-5核壳催化剂费托合成催化性能的影响

在不同的水热合成时间下,以铁铝合金为铁源和铝源,四丙基氢氧化铵为分子筛的模板剂和抽提合金中的铝的碱,一步制得了以骨架铁为核、不同厚度的HZSM-5分子筛为壳的Raney Fe@HZSM-5催化剂.采用元素分析、氮物理吸附、X射线粉末衍射、氨脱附、扫描电子显微镜等手段,考察了水热时间对催化剂基本物化性质的影响.随着水热时间的延长,HZSM-5分子筛壳层不断增厚,结晶度不断增大,但分子筛组成基本不变,酸量与分子筛壳层厚度正相关.在费托合成反应中,Raney Fe@HZSM-5核壳催化剂上的CO转化率和汽油段产物选择性随分子筛壳层厚度呈火山型变化趋势,说明反应需要适宜的酸量,酸量过低或过高均不利于得到高的催化活性及汽油段产物选择性.在水热合成时间为4 d制得的Raney Fe@HZSM-5核壳催化剂上,当CO转化率为92%时,C5~C11汽油段产物选择性可达71%,异正比为1.9.当合成气中的n(H2)/n(CO)比从2降为1时,汽油段产物选择性和异正比进一步提高至73%和2.1,显示了将该催化剂用于煤基或生物质基合成气转化为高辛烷值汽油的良好潜力.

W掺杂多级孔SiO_(2)纳米球负载Pt用于催化甘油氢解制1,3-丙二醇

合成了原位W掺杂的多级孔SiO_(2)纳米球材料(W-HPSN),系统考察了W-HPSN合成过程中短链醇类共溶剂(甲醇、乙醇、正丙醇)的加入对Pt/W-HPSN催化剂甘油氢解制1,3-丙二醇(1,3-PDO)性能的影响.与仅以水为溶剂合成的材料制备的Pt/W-HPSN-H2O催化剂相比,加入醇类共溶剂后,催化剂的比表面积均有不同程度的增大,并在除1.4 nm的微孔和>2 nm的介孔以外,在1.7 nm处出现了新的微孔结构.在甘油氢解反应中,加入醇类共溶剂合成的材料制备的催化剂的催化性能也更高.在最佳的以甲醇作为共溶剂合成的Pt/W-HPSN-Me催化剂上,甘油转化率和1,3-PDO选择性分别为88.8%和56.3%,而Pt/W-HPSN-H_(2)O催化剂上二者分别为64.1%和40.7%.根据表征结果,推测更小的Pt粒径、更多原位产生的Brønsted酸位,有利于提高Pt/W-HPSN催化剂的催化性能.通过对W-HPSN-Me的组成进行优化,发现当W/Si物质的量比为1/320时,Pt/W-HPSN-Me催化剂在423 K、氢气压力4 MPa、反应时间仅为12 h的反应条件下,甘油转化率和1,3-PDO选择性进一步提高至98.7%和58.8%,1,3-PDO得率可达58.0%,展示了HPSN材料作为甘油选择氢解制1,3-PDO催化剂载体的良好应用前景.

基于热解ZIF-8的氮掺杂碳电化学氧还原合成过氧化氢催化剂

氧气的两电子还原反应(2e-ORR)是绿色、安全的H_(2)O_(2)合成路线.本工作以Zn^(2+)和2-甲基咪唑合成的沸石型咪唑酸框架-8(ZIF-8)为前驱体,通过高温热解炭化,利用ZIF-8中的锌在高温下的可挥发性,制备了非金属氮掺杂石墨化多孔碳材料(p-ZIF),系统考察了ZIF-8热解炭化温度(900、950和1000℃)对催化剂结构和2e-ORR催化性能的影响.p-ZIF不仅保留了ZIF-8规整的菱形十二面体形貌,而且氮含量高,拥有高的比表面积和多级孔结构.在酸性条件下的2e-ORR反应中,三个p-ZIF催化剂均显示了较低的过电位和较低的Tafel斜率,而且稳定性良好.其中在H_(2)O_(2)选择性最高的p-ZIF-950催化剂上,过电位为86 mV,H_(2)O_(2)选择性最高可达89.2%.在6 h恒电位反应中,p-ZIF-950催化剂能够以87 mmol·g_(cat)^(−1)·h^(−1)的恒定速率产生H_(2)O_(2).根据多种表征结果,推测p-ZIF催化剂的孔径尺寸和石墨N含量是影响其2e-ORR催化性能的主要因素.