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SnCl_(2)促进的Pt1/PS-PPh_(2)催化剂高选择性催化高碳烯烃氢甲酰化反应
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作者 虞周楠 张磊磊 +7 位作者 谈源龙 井日峥 曹宏晨 楼才溢 格日乐 王军虎 王爱琴 张涛 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE CAS CSCD 2024年第5期316-326,共11页
氢甲酰化作为工业上制备醛、醇等含氧化合物的重要反应,广泛应用于制备洗涤剂、增塑剂、表面活性剂和香料等.目前,氢甲酰化反应主要使用HCo(CO)_(4),HCo(CO)_(3)(PR_(3))和HRh(CO)(PPh_(3))_(2)等配合物作为催化剂.尽管Co基催化剂可以... 氢甲酰化作为工业上制备醛、醇等含氧化合物的重要反应,广泛应用于制备洗涤剂、增塑剂、表面活性剂和香料等.目前,氢甲酰化反应主要使用HCo(CO)_(4),HCo(CO)_(3)(PR_(3))和HRh(CO)(PPh_(3))_(2)等配合物作为催化剂.尽管Co基催化剂可以将高碳烯烃、内烯烃以及支链烯烃高选择性地转化为直链醛,但其反应条件(5-30 MPa,140-200℃)较苛刻,且容易发生烯烃加氢等副反应.相比之下,Rh催化剂的活性比Co基催化剂高1-2个数量级,且反应条件较为温和.但Rh储量稀少,价格昂贵,而且对于高碳烯烃氢甲酰化反应,Rh催化剂难以分离和循环使用.因此,研究者开展了其他金属催化剂的研究,其中Pt-Sn催化剂因其出色的区域选择性而备受关注.但目前Pt-Sn催化剂多局限于均相催化体系,而且Sn助剂的作用尚不明确.本文采用商业化三苯基膦嫁接的聚苯乙烯小球为载体,通过浸渍法制备了SnCl_(2)-Pt_(1)/PS-PPh_(2)单原子催化剂,考察了其在长链-烯烃氢甲酰化反应中的催化性能,并研究了Sn的促进作用.首先,以1-己烯氢甲酰化为探针反应,对催化剂的组成以及反应条件进行了优化.当Pt/P/Sn=1/2/5时,催化剂表现出最高的催化活性,在90-120℃和4-6 MPa合成气条件下,催化剂转化频率(TOF)为40 h^(-1),产物醛的正异比>42.随后,考察了催化剂的底物适用性.结果表明,C6-C12的高碳烯烃均可被高选择性地转化为相应的醛(正异比>20).然而,在循环使用实验中,由于SnCl_(2)不能稳定锚定在载体上,第二次循环时催化活性降低.但通过补加SnCl_(2),催化活性可以完全恢复.高压热过滤实验及元素检测结果表明,反应过程中Pt没有流失.X射线吸收光谱(XAFS)表征结果表明,反应后Pt仍以单原子形式存在,说明Pt1/PS-PPh_(2)具有良好的稳定性.通过准原位X-射线吸收谱、Mössbauer谱和红外光谱表征对反应过程中Pt和Sn的电子性质和配位结构进行了研究.结果表明,SnCl_(2)在反应过程中逐渐转化为Sn(dioxane)Cl3-物种(1,4-二氧六环为反应溶剂),并与Pt原子形成Pt-Sn键.当反应体系中没有Sn时,Pt(II)会被合成气过度还原并发生团聚.当没有膦配体时,Pt原子也会发生聚集,而且SnCl_(2)会在Pt(II)的催化作用下发生水解生成SnO.因此Sn(dioxane)Cl3-与膦配体共同抑制了Pt(I)在反应过程中的还原与聚集.最后,通过XAFS表征深入研究了反应机理.分析结果表明,CO在催化剂上具有较强的吸附作用,而H_(2)则可能以异裂的方式在催化剂上被活化.据此提出可能的反应机理:首先,H_(2)在催化剂上活化先形成Pt-H物种;随后,烯烃插入Pt-H,形成Pt-烷基物种;接着,CO迁移并插入,生成Pt-酰基物种;最后,经过还原消除步骤,得到最终的产物醛.综上,本文制备了一种对高碳烯烃氢甲酰化反应具有良好催化性能的SnCl_(2)-Pt1/PS-PPh_(2)单原子催化剂,为低成本非Rh基催化剂的开发提供借鉴.同时,揭示了催化体系中Sn的促进作用,为通过Lewis酸来调控催化剂的性能提供了参考. 展开更多
关键词 氢甲酰化反应 铂-锡催化剂 高碳烯烃 区域选择性 单原子催化剂
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Zn/ZSM-5催化剂中Zn物种与CO_(2)和正丁烷耦合反应间相关性研究
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作者 孙旭科 刘荣升 +4 位作者 范改丽 刘昱含 叶芳秀 于政锡 刘中民 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE CAS CSCD 2024年第6期154-163,共10页
随着全球温室气体排放的持续增长,二氧化碳(CO_(2))的高效转化与利用已成为应对气候变化、推动可持续发展的重要途径之一.在本课题组的前期研究中,以正丁烷为模型化合物,成功实现了H-ZSM-5分子筛催化CO_(2)与正丁烷发生耦合反应.实验还... 随着全球温室气体排放的持续增长,二氧化碳(CO_(2))的高效转化与利用已成为应对气候变化、推动可持续发展的重要途径之一.在本课题组的前期研究中,以正丁烷为模型化合物,成功实现了H-ZSM-5分子筛催化CO_(2)与正丁烷发生耦合反应.实验还发现,通过对H-ZSM-5进行Zn改性,可以显著提高其催化性能,这为CO_(2)的高效转化和利用提供了新的研究方向.然而,目前关于Zn-ZSM-5催化剂中Zn物种的具体存在状态及其与耦合反应性能之间的关系尚不明确,这限制了高效催化剂的进一步设计.因此,深入探究Zn物种在Zn-ZSM-5催化剂中的存在状态及其与催化性能之间的关联机制,从而设计和开发更高效的CO₂转化催化剂已成为当务之急.本文通过紫外-可见光漫反射光谱、X-射线光电子能谱和1H魔角旋转-核磁共振等多种技术系统地表征了Zn-ZSM-5分子筛中酸性中心和Zn物种存在状态的演变过程,讨论了Zn物种活性中心与耦合反应之间的构-效关系,阐明了耦合反应的机理.研究表明,Zn-ZSM-5分子筛中Zn物种主要以ZnO团簇、Zn-OH^(+)和(Zn-O-Zn)^(2+)的形式存在,且其含量随Zn负载量的变化而改变.其中,ZnO团簇及(Zn-O-Zn)^(2+)物种的含量随Zn负载量的增加而上升,而Zn-OH^(+)物种含量则先上升后下降,这是由于部分Zn-OH^(+)物种转化为(Zn-O-Zn)^(2+)物种.在CO_(2)与正丁烷的耦合反应中,正丁烷的转化受到Brønsted酸位点的减少、Zn活性位点的形成以及粗晶ZnO物种的堆积等多种因素的影响.Zn-OH^(+)物种是主要的CO_(2)催化转化活性中心,而芳烃的生成则主要受Zn-OH^(+)和(Zn-O-Zn)^(2+)物种的影响.Zn-OH^(+)和(Zn-O-Zn)^(2+)物种均具有较强的脱氢性能,可通过脱氢路径促进芳烃的生成.Zn5%-ZSM-5(Zn负载量为5 wt%)样品表现出最优的催化性能:正丁烷转化率为94.71%,CO_(2)转化率为30.43%,芳烃选择性为53.71%.原位实验进一步证实了内酯、羧酸和不饱和醛酮等含氧化合物作为中间体的存在.基于上述研究,我们提出了Zn-ZSM-5上CO_(2)和正丁烷耦合的反应机理,主要包括以下三条反应路径:(1)在Zn-OH^(+)物种的催化作用下,正丁烷和CO_(2)首先被耦合活化形成内酯,随后经过一系列反应形成羧酸、酸酐和其他含氧化合物,最终通过复杂的反应生成芳烃.(2)部分CO_(2)在Zn-OH^(+)物种的催化下,通过逆水煤气变换(RWGS)反应以及与烃类化合物的干重整反应生成CO.这些CO随后在Zn-OH^(+)物种的催化下与烯烃发生耦合反应,最终生成芳烃产物.(3)正丁烷在Zn-OH^(+)和(Zn-O-Zn)^(2+)物种的催化下,发生脱氢和异构化反应产生烯烃.部分烯烃可通过与CO耦合或烯烃发生聚合、环化、脱氢等过程生成芳烃产物.综上所述,本文深入探讨了CO_(2)与正丁烷在Zn-ZSM-5催化剂上的耦合反应机制.通过系统研究,建立了催化剂中Zn物种与催化性能之间的构-效关系,并提出了耦合反应的具体路径.本文不仅有助于深入理解Zn-ZSM-5的催化作用机制,而且对于未来设计和开发更高效的催化体系具有重要的参考价值. 展开更多
关键词 耦合反应 CO_(2)利用 锌的引入 Zn-OH+ (Zn-O-Zn)^(2+) ZSM-5
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一种基于甲醇制烯烃及其下游生产链的m-PIOT模型定量研究
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作者 刘丹竹 梁金强 +2 位作者 徐庶亮 叶茂 刘中民 《煤化工》 CAS 2024年第2期52-58,共7页
以我国西部某化工园区的规划数据为例,通过建立甲醇及其下游产业链实物型投入产出模型,对该产业链中不同产品部门之间的相互作用进行了定量分析。结果表明:该园区甲醇下游产业链中缺乏强拉动及强支撑作用的产品部门;丙烯酸异辛酯、混合C... 以我国西部某化工园区的规划数据为例,通过建立甲醇及其下游产业链实物型投入产出模型,对该产业链中不同产品部门之间的相互作用进行了定量分析。结果表明:该园区甲醇下游产业链中缺乏强拉动及强支撑作用的产品部门;丙烯酸异辛酯、混合C_(4)等对产业链发展具有较强的拉动作用;原材料甲醇的感应度系数高达21.808,对整条产业链具有较强的制约性。 展开更多
关键词 实物型投入产出模型 甲醇制烯烃 甲醇 产业链 物料流
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H-SSZ-13分子筛催化乙醇脱水制乙烯反应的原位固体核磁共振研究 被引量:5
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作者 曾姝 徐舒涛 +1 位作者 魏迎旭 刘中民 《波谱学杂志》 CAS 北大核心 2022年第2期123-132,共10页
本文采用原位连续流动条件和间歇条件下的固体核磁共振技术,以及二维^(13)C-^(13)C基于偶极耦合的结合R2(COmbined R2 Driven,CORD)自旋扩散序列的核磁共振实验捕获了H-SSZ-13分子筛催化乙醇脱水过程中多种中间物种,并揭示了各种中间物... 本文采用原位连续流动条件和间歇条件下的固体核磁共振技术,以及二维^(13)C-^(13)C基于偶极耦合的结合R2(COmbined R2 Driven,CORD)自旋扩散序列的核磁共振实验捕获了H-SSZ-13分子筛催化乙醇脱水过程中多种中间物种,并揭示了各种中间物种的动态演变过程.结果发现H-SSZ-13分子筛催化乙醇脱水过程中,存在两种不同吸附构型的乙醇、活化态的乙醚、乙氧基以及三乙基氧鎓离子,并首次通过原位固体核磁共振技术观测到乙烯的生成.这些结果加深了相关研究者对乙醇脱水反应的认识. 展开更多
关键词 原位固体核磁共振 乙醇脱水 分子筛催化
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H-SAPO-34分子筛催化醇类转化的差异性研究 被引量:1
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作者 顾雅婷 张雯娜 +5 位作者 韩晶峰 楼才溢 陈慧慧 徐舒涛 魏迎旭 刘中民 《波谱学杂志》 CAS 北大核心 2022年第4期428-438,共11页
本文研究了H-SAPO-34催化甲醇和丁醇转化反应及其产物分布的差异,结合气相色谱-质谱(GC-MS)联用、^(13)C交叉极化魔角旋转核磁共振(^(13)C CP MAS NMR)技术捕获了反应过程中生成的重要反应中间物种.甲醇转化过程以乙烯、丙烯和丁烯为主... 本文研究了H-SAPO-34催化甲醇和丁醇转化反应及其产物分布的差异,结合气相色谱-质谱(GC-MS)联用、^(13)C交叉极化魔角旋转核磁共振(^(13)C CP MAS NMR)技术捕获了反应过程中生成的重要反应中间物种.甲醇转化过程以乙烯、丙烯和丁烯为主要产物;而丁醇转化过程中主要产物是丁醇脱水生成的丁烯,反应初期以丙烯和丁烯作为主要产物.两种醇类转化均以低碳烯烃作为主要产物,且存留物种和^(13)C CP MAS NMR分析均观察到芳烃物种,说明H-SAPO-34催化甲醇和丁醇转化存留在催化剂上的有机物种相近.虽然起始于不同的醇类反应,但H-SAPO-34上限域空间的酸催化环境都能引导甲醇和丁醇制取低碳烯烃的反应过程. 展开更多
关键词 ^(13)C交叉极化魔角旋转核磁共振(^(13)C CP MAS NMR) 醇类转化 分子筛催化 反应中间物种
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性能优异的Pd-[DBU][Cl]/AC无汞催化剂在乙炔氢氯化中的应用
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作者 董兴宗 刘广业 +3 位作者 陈兆安 张权 徐云鹏 刘中民 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第3期137-147,共11页
氯乙烯单体(VCM)作为重要的有机化工原料,主要用于聚氯乙烯(PVC)生产,在煤炭资源丰富的国家和地区氯乙烯单体的制备很大程度上依赖乙炔氢氯化反应.目前工业乙炔氢氯化过程仍然使用传统的活性炭负载氯化汞(HgCl_(2)/AC)作为反应的催化剂... 氯乙烯单体(VCM)作为重要的有机化工原料,主要用于聚氯乙烯(PVC)生产,在煤炭资源丰富的国家和地区氯乙烯单体的制备很大程度上依赖乙炔氢氯化反应.目前工业乙炔氢氯化过程仍然使用传统的活性炭负载氯化汞(HgCl_(2)/AC)作为反应的催化剂,但该催化剂的易挥发性和高毒性对人类健康和生态环境造成了极大的危害,因此探索和发展性能优异且环境友好的无汞催化剂尤为重要.Pd基催化剂展现出较好的乙炔氢氯化活性,但较差的化学稳定性限制了其工业应用.因此,通过调节Pd(Ⅱ)活性中心的电子结构、配位状态和微环境去提升Pd基催化剂的化学稳定性是当前的研究热点和挑战.相关的文献结果表明, Pd基催化剂的快速失活主要归因于Pd(Ⅱ)被乙炔分子还原成Pd(0),导致催化剂表面大量积碳的形成以及活性Pd物种流失,根本原因是催化剂活性位点对乙炔的吸附较强而对氯化氢的吸附较弱,这种不匹配的吸附会造成吸附态的乙炔无法与氯化氢发生有效碰撞生成产物氯乙烯,因此如何促进氯化氢的高效吸附和活化是阻止催化剂失活的关键因素.基于我们前期的工作(Mol.Catal.,2022,525,112366)和相关文献调研发现, 1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯氯盐([DBU][Cl])对氯化氢分子有较强的吸附和活化能力,而且[DBU][Cl]作为配体能与Pd(Ⅱ)金属中心配位构建一个稳定的活性位点.本文制备了一系列Pd-[DBU][Cl]/AC催化剂去提升Pd基催化剂在乙炔氢氯化过程中的化学稳定性,催化剂的乙炔氢氯化活性和化学稳定性在固定床微反应器上评价.采用N_(2)物理吸附、X射线光电子能谱(XPS)、电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)、程序升温脱附(TPD)和热重分析(TGA)等表征方法研究了Pd基催化剂的失活原因以及Pd-[DBU][Cl]/AC催化剂稳定性增强的原因.通过DFT理论模拟分析了乙炔、氯化氢和C_(2)H3Cl在Pd活性位点上的吸附行为并提出了乙炔氢氯化反应在PdCl_(2)-[DBU][Cl]位点上的催化循环机理.Pd/AC和Pd-20[DBU][Cl]/AC的初始乙炔转化率分别为88.2%和99.8%,评价24h后的转化率分别为0.7%和96.7%,而事实上Pd/AC在反应1 h后已经基本失活,实验结果表明,[DBU][Cl]的存在能极大地抑制Pd基催化剂的失活,提高其化学稳定性.表征结果表明,反应过程中部分的Pd(Ⅱ)被还原成Pd(0), Pd活性物种的流失以及大量积碳的生成是Pd/AC催化剂迅速失活的原因.反应前后的XPS的表征结果表明,[DBU][Cl]与Pd(Ⅱ)的相互作用能降低,Pd(Ⅱ)被还原成Pd(0);ICP-OES数据证实[DBU][Cl]的存在能减少Pd活性物种的损失量;N_(2)物理吸附和TGA的实验结果也表明[DBU][Cl]的引入可以抑制催化剂表面积碳的产生.TPD实验结果表明, PdCl_(2)-[DBU][Cl]相比于PdCl_(2)拥有更大的氯化氢吸附量以及更小的C_(2)H_(2)吸附量;DFT理论计算证实PdCl_(2)-[DBU][Cl]相比于PdCl_(2)存在更大的氯化氢吸附能以及更小的乙炔和C_(2)H3Cl吸附能.寿命实验结果表明, Pd-20[DBU][Cl]/AC催化剂展现出较好的活性和良好的稳定性,在T=180℃,GHSV (C_(2)H_(2))=360 h^(-1)和V(HCl)/V(C_(2)H_(2))=1.2的条件下,乙炔的初始转化率达到99.8%且在反应60 h内的失活速率仅为0.12%/h. 展开更多
关键词 乙炔氢氯化 无汞催化剂 Pd复合物催化剂 提升稳定性 吸附能
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氢转移反应对分子筛催化甲醇和二甲醚动态自催化反应历程的贡献:深入理解甲醛的生成机理和作用机制
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作者 林杉帆 郅玉春 +6 位作者 张文娜 袁小帅 张成伟 叶茂 徐舒涛 魏迎旭 刘中民 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第3期11-27,共17页
甲醇制烯烃(MTO)已成为从非石油资源获取低碳烯烃的最为成功的工业化路线,受到学术界和工业界的广泛关注.MTO反应是一个动态的自催化过程,其中烯烃、甲基环戊烯和芳烃物种作为(自)催化剂.氢转移(HT)反应是构建MTO自催化剂和烷烃副产物... 甲醇制烯烃(MTO)已成为从非石油资源获取低碳烯烃的最为成功的工业化路线,受到学术界和工业界的广泛关注.MTO反应是一个动态的自催化过程,其中烯烃、甲基环戊烯和芳烃物种作为(自)催化剂.氢转移(HT)反应是构建MTO自催化剂和烷烃副产物的主要途径,对于深入理解MTO反应的动态特性及其复杂反应网络至关重要.作为反应物甲醇/二甲醚发生HT反应的产物,甲醛对MTO反应中自催化的引发和失活具有重要作用.然而,由于甲醛的反应活性高、浓度低且对色谱FID检测器的灵敏度低,因此甲醛难以像其它烃类产物一样通过常规手段进行在线定量监测,迄今甲醛在整个反应过程中的演变规律仍不清楚,这阻碍了对反应物诱导的HT反应以及整个反应网络的全面认识.本文借助实验及理论计算研究了SAPO-34分子筛上甲醇和二甲醚转化过程中的HT反应,尤其是生成甲醛的反应物诱导的HT反应.首先,建立了一种定量检测甲醛的实验方法,实现在真实反应条件下,原位定量监测整个MTO和二甲醚制烯烃(DTO)过程中甲醛浓度的变化.在此基础上,将甲醛浓度变化规律与其它反应规律关联起来,更为详细地追踪整个反应过程中H原子的轨迹,并进一步结合DFT计算、operando光谱分析、12C/13C同位素切换、失活动力学分析,研究了MTO/DTO不同反应阶段中甲醛的生成机理,揭示了甲醇和二甲醚的甲基化活性和氢转移活性,及其对反应网络和积碳失活的影响,从而确定了MTO和DTO反应的失活机理和模型.结合甲醛的定量检测,还研究了共进料H_(2)O和高压H_(2)对MTO/DTO反应的影响.综合上述信息,提出减缓催化剂积碳失活的策略,并加以实践应用.反应物诱导的HT反应在反应物未能完全转化的初始阶段和失活阶段尤为突出,两个阶段检测到少量和大量的甲醛,分别主要由分子筛催化的甲醇/二甲醚与甲氧基和烯烃之间的HT反应产生;而产物诱导的HT反应在高效反应阶段占主导地位.这种动态演变的HT反应作为“暗线”与作为“明线”的烯烃生成的主反应同时发生并相互作用,共同构成MTO和DTO完整的动态反应网络.HT反应不仅能够生成作为自催化剂的不饱和活性中间体,而且能够生成积碳并导致失活,对MTO自催化网络从启动到衰退的动态演变起到关键作用.DTO反应中,由于二甲醚的HT反应能力较弱,参与HT反应的能垒较高,因此,反应物诱导的HT反应受到抑制,相应的甲醛、烷烃以及缺氢物种的生成相对受到抑制,这使得DTO反应中烯烃循环相对突出,并表现出相对温和的反应历程和缓慢的失活过程.相比之下,甲醇具有很强的HT能力:一方面作为氢受体生成甲烷和缺氢物种,直接参与并促进积碳失活的发生;另一发面,作为氢供体生成甲醛,引发甲醛介导的失活过程,间接参与并促进积碳生成.同时,甲醇较强的HT能力加剧了甲醇甲基化反应与HT反应之间的竞争,使得反应物诱导的HT和失活过程在MTO反应中至关重要.共进料H_(2)O和高压H_(2)的MTO/DTO反应中仍然能够检测到甲醛,且含量略小于或者等于非共进料体系.特别指出,HT能力较弱和传质受限引起局部催化微环境中反应物的化学势较低是二甲醚反应的两大特点.共进料高压H_(2)对MTO反应的影响包括不饱和烃类物种的加氢、加氢消碳和抑制HT反应的发生.利用上述两点对反应机理的理解,采用二甲醚(而不是甲醇)与高压H_(2)共进料,可进一步使得反应过程中的HT反应受到抑制,进而调节动态反应网络以更温和的自催化演变方式发生,实现反应高效且长周期的运行,该反应过程具有实际工业应用潜力.综上,本工作的研究和实践尝试对于高效的工艺和催化剂的开发和应用,并以此实现对动态复杂反应网络的精准调控具有重要意义. 展开更多
关键词 甲醇制烯烃 二甲醚 氢转移 甲醛 失活
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高温水蒸气热处理对H-MOR分子筛骨架铝稳定性的影响 被引量:3
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作者 刘冲 徐舒涛 +1 位作者 魏迎旭 刘中民 《石油学报(石油加工)》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期1231-1241,共11页
H-MOR分子筛是目前已发现的分子筛类催化剂中最具活性和选择性的二甲醚羰基化反应催化剂。在实际工业应用中,H-MOR分子筛往往不可避免地发生脱铝现象,导致分子筛Bronsted酸量降低,从而降低分子筛的二甲醚羰基化反应活性。通过一维和二... H-MOR分子筛是目前已发现的分子筛类催化剂中最具活性和选择性的二甲醚羰基化反应催化剂。在实际工业应用中,H-MOR分子筛往往不可避免地发生脱铝现象,导致分子筛Bronsted酸量降低,从而降低分子筛的二甲醚羰基化反应活性。通过一维和二维固体核磁共振实验研究了高温(700℃)、不同水蒸气处理时间下H-MOR分子筛的物化性质及骨架铝的稳定性。随着水蒸气处理时间的增加,H-MOR分子筛脱铝程度加剧,Bronsted酸量下降。H-MOR存在四配位铝物种Al(Ⅳ)-1、Al(Ⅵ)-2及六配位铝物种Al(Ⅵ)。高温水蒸气处理后,出现新的铝物种Al(Ⅴ)信号。H-MOR在经过水蒸气处理后,骨架四配位铝物种Al(Ⅳ)-1先转变为扭曲四配位铝物种Al(Ⅳ)-2,接着转变为五配位铝物种Al(Ⅴ)和六配位铝物种Al(Ⅵ),进一步转变为铝的氧化物。 展开更多
关键词 H-MOR 固体核磁共振 水蒸气处理 骨架铝 稳定性
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CO_(2)作为化学品原料的高效利用途径:与烷烃耦合反应
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作者 危长城 张雯娜 +4 位作者 杨阔 柏秀 徐舒涛 李金哲 刘中民 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第4期138-149,共12页
CO_(2)作为碳资源的规模化高附加值利用是实现其减排的重要方向.然而,由于其热力学稳定,以CO_(2)为原料高效转化为大宗化学品一直是一个巨大的挑战.工业上普遍以富氢的石脑油为原料生产相对缺氢的烯烃和芳烃产品,但其存在原料和目标产... CO_(2)作为碳资源的规模化高附加值利用是实现其减排的重要方向.然而,由于其热力学稳定,以CO_(2)为原料高效转化为大宗化学品一直是一个巨大的挑战.工业上普遍以富氢的石脑油为原料生产相对缺氢的烯烃和芳烃产品,但其存在原料和目标产品之间的碳氢不平衡问题.理论上,采用CO_(2)与富氢的烷烃耦合,可以改善二者的平衡关系,提高目标产物选择性,同时实现CO_(2)资源化利用.已有研究采用CO_(2)与烷烃反应,将CO_(2)转化为CO并减少氢气的生成,但CO_(2)的碳原子没有进入烃类产物中.本文系统研究了酸性分子筛催化的CO_(2)与烷烃耦合反应,大幅提高了芳烃选择性,证实部分CO_(2)中的碳原子直接进入了芳烃产品中.本文以H-ZSM-5为催化剂,对比研究了正丁烷、正戊烷和正己烷在He和CO_(2)气氛中的转化反应,并详细研究了反应温度、CO_(2)/n-butane比例、接触时间以及分子筛酸量等条件对耦合反应的影响.结果表明,CO_(2)的引入可大幅促进芳烃的生成,同时甲烷和乙烷等小分子烷烃的生成受到抑制.在优化反应条件下,CO_(2)/n-butane比例为0.475时,CO_(2)和n-butane转化率分别可达17.5%和100%,芳烃选择性高达80%.使用^(13)C同位素标记的CO_(2)与n-butane进行耦合反应,发现芳烃产物中含有部分13C同位素标记的碳原子,表明这部分碳原子来自CO_(2)中的碳.对耦合反应后的催化剂进行溶积碳并采用色质谱分析,发现大量甲基取代的内酯和甲基取代的环烯酮等含氧物种.同位素标记实验结果表明,这些含氧中间体由CO_(2)与烃类耦合转化生成.通过设计实验验证了反应途径,即CO_(2)与碳正离子反应得到环内酯,环内酯进一步转化为甲基环烯酮,甲基环烯酮转化为芳烃产物.提出了H-ZSM-5催化CO_(2)与烷烃耦合反应的机理,并采用密度泛函理论计算了耦合反应机理各步骤的能垒,结果验证了耦合反应机理的可行性.综上,本文提出的耦合反应为CO_(2)碳资源的大规模直接利用提供了一条有效的途径,具有广阔的应用前景. 展开更多
关键词 二氧化碳转化 轻质烷烃 芳烃 催化 分子筛
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S-1分子筛羟基窝锚定钴用于丙烷脱氢制丙烯
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作者 贾育红 胡忠攀 +3 位作者 王坤院 韩晶峰 魏迎旭 刘中民 《无机盐工业》 CAS CSCD 北大核心 2023年第5期121-127,共7页
以全硅MFI分子筛(S-1)为载体,采用简单的浸渍法制备了不同钴(Co)含量的Co/S-1催化剂并应用于丙烷脱氢反应。利用X射线衍射(XRD)、氮气吸附-脱附、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)等技术对Co/S-1进行表征。结果表明,Co负载在S-1载体上并与S-1... 以全硅MFI分子筛(S-1)为载体,采用简单的浸渍法制备了不同钴(Co)含量的Co/S-1催化剂并应用于丙烷脱氢反应。利用X射线衍射(XRD)、氮气吸附-脱附、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)等技术对Co/S-1进行表征。结果表明,Co负载在S-1载体上并与S-1的Si—OH反应生成单位点Co物种和超小的Co纳米团簇,这些物种是丙烷脱氢的主要活性中心。Co的负载量对丙烷脱氢影响很大,当负载量较低时,活性Co物种较少,丙烷脱氢性能较差;当负载量较高时,Co物种会团聚成大颗粒不利于丙烷脱氢反应。通过优化制备条件,发现当Co负载量为1%(质量分数)时,Co/S-1的丙烷脱氢性能最优,循环使用5次后丙烷转化率、丙烯选择性和丙烯产率均未出现明显的下降。 展开更多
关键词 Co/S-1催化剂 丙烷脱氢 丙烯 活性中心 构效关系
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氮化SBA-15负载高分散过渡金属用于丙烷高效直接脱氢
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作者 李海涛 赵银峰 《无机盐工业》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期141-148,共8页
以氮化法修饰的介孔二氧化硅(SBA-15)为载体,采用浸渍法制备了不同过渡金属(钴、镍、铁、铜)脱氢催化剂。通过X射线衍射光谱和N2吸附-脱附分析表明氮化后的载体仍能保持良好的介孔结构;通过扫描电子显微镜分析表明金属处于高度分散的良... 以氮化法修饰的介孔二氧化硅(SBA-15)为载体,采用浸渍法制备了不同过渡金属(钴、镍、铁、铜)脱氢催化剂。通过X射线衍射光谱和N2吸附-脱附分析表明氮化后的载体仍能保持良好的介孔结构;通过扫描电子显微镜分析表明金属处于高度分散的良好状态;通过程序升温还原和X射线光电子能谱分析表明氮化SBA-15改变了金属的电子结构,增强了载体与金属之间的相互作用力。采用定量浸渍法制备了金属负载量为1%(质量分数)的脱氢催化剂,并进行了性能评价。结果表明,丙烷脱氢催化剂活性顺序由高到低依次为Co-SBA-15N900-1%、Fe-SBA-15N900-1%、Cu-SBA-15N900-1%、Ni-SBA-15N900-1%,其中Co-SBA-15N900-1%催化剂的丙烷转化率为33%,丙烯选择性为88%。 展开更多
关键词 丙烷脱氢 过渡金属 高分散 氮化SBA-15
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Conversion of methanol to propylene over SAPO-14:Reaction mechanism and deactivation
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作者 Ye Wang Jingfeng Han +7 位作者 Nan Wang Bing Li Miao Yang Yimo Wu Zixiao Jiang Yingxu Wei Peng Tian Zhongmin Liu 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第8期2259-2269,共11页
Methanol to olefins(MTO)reaction as an important non-oil route to produce light olefins has been industrialized,and received over 80% ethylene plus propylene selectivity.However,to achieve high single ethylene or prop... Methanol to olefins(MTO)reaction as an important non-oil route to produce light olefins has been industrialized,and received over 80% ethylene plus propylene selectivity.However,to achieve high single ethylene or propylene selectivity towards the fluctuated market demand is still full of challenge.Small-pore SAPO-14 molecular sieve is a rare MTO catalyst exhibiting extra-high propylene selectivity.It provides us a valuable clue for further understanding of the relationship between molecular sieve structure and MTO catalytic performance.In this work,a seconds-level sampling fixed-bed reactor was used to capture real-time product distributions,which help to achieve more selectivity data in response to very short catalytic life of SAPO-14.Changes in product distribution,especially during the low activity stage,reflect valuable information on the reaction pathway.Combined with in situ diffuse reflectance infrared Fourier-transform spectroscopy,in situ ultraviolet Raman measurements and ^(12)C/^(13)C isotopic switch experiments,a reaction pathway evolution from dual cycle to olefins-based cycle dominant was revealed.In addition,the deactivation behaviors of SAPO-14 were also investigated,which revealed that polymethylbenzenes have been the deactivated species in such a situation.This work provides helpful hints on the development of characteristic methanol to propylene(MTP)catalysts. 展开更多
关键词 Methanol to propylene SAPO-14 molecular sieve UV Raman spectroscopy Dual-cycle mechanism DEACTIVATION
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甲醇制烯烃反应中的凝聚态化学 被引量:1
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作者 王男 魏迎旭 刘中民 《化学进展》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2023年第6期839-860,共22页
催化技术在现代工业生产和日常生活中发挥着举足轻重的作用,也是凝聚态化学材料和应用的重要内容。甲醇制烯烃反应在凝聚态晶体多孔材料上实现,是非石油资源制取低碳烯烃的重要途径,也是凝聚态材料催化应用的典型案例。反应机理和分子... 催化技术在现代工业生产和日常生活中发挥着举足轻重的作用,也是凝聚态化学材料和应用的重要内容。甲醇制烯烃反应在凝聚态晶体多孔材料上实现,是非石油资源制取低碳烯烃的重要途径,也是凝聚态材料催化应用的典型案例。反应机理和分子筛积碳机制是多相催化领域重要的研究方向。甲醇制烯烃反应是一个动态化学过程,经历诱导期、高效反应期、失活期和催化剂再生,分子筛纳米限域空间内活性有机物种和积碳物种的演变引导了这个催化反应历程。本文围绕这一主题,分别介绍了甲醇制烯烃反应分子筛催化材料及基于主客体化学的结构组成-反应性能的构效关系、甲醇转化反应的分子活化机制、动态催化反应网络以及基于分子筛-积碳主客体相互作用发展的择形催化原理和分子筛积碳失活机理及消碳再生机制。希望通过本文加深对分子筛催化甲醇制烯烃反应中的凝聚态化学的认识,并期待以凝聚态化学为指导,进一步推动分子筛催化材料和催化过程的优化和发展,为今后高效催化剂及催化体系的开发提供指导。 展开更多
关键词 凝聚态化学 甲醇制烯烃 分子筛 反应机理 催化剂失活 催化剂再生
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