甲醇气相脱水制二甲醚催化剂研究进展

甲醇气相脱水制二甲醚反应为固体酸催化反应,常用的固体酸催化剂有γ-Al₂O₃和分子筛类。γ-Al₂O₃表面存在弱酸中心或中等强度酸中心,催化剂有较好的初始催化活性,但活化所需的反应温度较高,耐水稳定性差;分子筛类催化剂表面有许多强酸性位,低温下催化活性较高,但在高温反应条件下易产生烃类副产物和积炭,热稳定性差。为改善这两类催化剂的催化性能,对催化剂进行了各种改性研究,改性后催化剂的活性、选择性和稳定性均有一定程度提高。综述了近年来在γ-Al₂O₃和分子筛催化剂上进行的改性研究,总结并展望了甲醇脱水催化剂的发展方向。     

不同载体对Pt-Sn催化剂丙烷催化脱氢性能影响

分别以Hβ分子筛和γ-Al₂O₃为载体,采用浸渍法制备不同Sn含量的负载型Pt-Sn双组分丙烷催化脱氢催化剂。在固定床微反装置上对制备的催化剂进行活性评价,并采用NH₃-TPD方法测定催化剂表面酸量和酸强度分布。结果表明,负载型Pt-Sn/Hβ和Pt-Sn/γ-Al₂O₃催化剂对丙烷催化脱氢反应性能与Sn含量密切相关,弱酸中心的存在对丙烷催化脱氢反应有利,对于特定的Pt-Sn体系,γ-Al₂O₃为载体的催化剂性能优于Hβ分子筛为载体的催化剂,当负载Sn质量分数为0.9时,Pt-Sn/γ-Al₂O₃催化剂性能最好。     

Ca-γ-Al2O3耦合酸溶液催化葡萄糖制5-HMF

针对以葡萄糖为原料制备5-羟甲基糠醛（5-HMF）的问题,开发了CaO杂化的γ-Al₂O₃球形颗粒[Ca-γ-Al₂O₃,粒径1.8（±0.1） mm]耦合酸溶液制备过程,采用XRD与BET对Ca-γ-Al₂O₃球形颗粒进行了表征,研究了CaO杂化量、溶剂酸浓度、溶剂中二甲基亚砜（DMSO）与水的比例、催化剂用量、反应温度与时间对反应效果的影响,并评价了Ca-γ-Al₂O₃的操作稳定性,探讨了催化机理。实验结果表明：CaO的杂化（杂化量10%）对颗粒的孔结构影响相对较小,且在Ca-γ-Al₂O₃上分布较为均匀。在0.05 mol·L^-1酸浓度、V（DMSO）/V（H₂O）=3∶1、葡萄糖与催化剂比例为2∶1（125 mg∶63 mg）、反应温度140℃与反应时间3 h下,以Ca （5%）-γ-Al₂O₃为催化剂,葡萄糖转化率为100%,5-HMF收率最高为58.6％。此外,Ca-γ-Al₂O₃循环操作（未煅烧）5次后,5-HMF收率略有降低至55％左右,同时杂化负载方式使得CaO在酸性溶液中的泄露较低,表明Ca-γ-Al₂O₃具有良好的操作稳定性。催化剂机理分析表明,Ca-γ-Al₂O₃具有良好的葡萄糖异构化能力,CaO的杂化可提高催化剂与葡萄糖的相互作用,果糖脱水过程主要依赖于酸溶液的催化。     

催化剂上丙烷氧化脱氢制丙烯

以浸渍法制备VMo/γ-Al₂O₃和VMoMg/γ-Al₂O₃催化剂,考察其催化丙烷氧化脱氢制丙烯的反应活性,采用XRD、UV-Vis DRS和In suit IR对催化剂进行表征。结果表明,V负载质量分数为3%、Mo负载质量分数为7%时的3V7Mo/γ-Al₂O₃催化剂表现出较好的催化性能;添加Mg后催化剂的催化性能有所改善,反应温度500 ℃时,丙烷转化率为18.19%,丙烯选择性74.76%。丙烷和丙烯在3V7Mo/γ-Al₂O₃和3V₇Mo₄Mg/γ-Al₂O₃催化剂上吸附后,C—H键的H与催化剂活性中心的晶格氧发生作用形成H—O键,且3V₇Mo₄Mg/γ-Al₂O₃催化剂上出现C—O键的温度比3V₇Mo/γ-Al₂O₃催化剂高,表明加入Mg有利于提高丙烯选择性。     

NaOH改性MnO2/γ-Al2O3催化尿素醇解合成碳酸丙烯酯

采用超声浸渍法制备了MnO₂/γ-Al₂O₃催化剂,并用碱和盐对其进行了改性.采用X射线衍射仪(XRD)、CO₂-TPD对改性后的MnO₂/γ-Al₂O₃催化剂进行了表征,研究了改性后催化剂在尿素醇解合成碳酸丙烯酯(PC)反应中的催化性能.研究结果表明,NaOH改性MnO₂/γ-Al₂O₃催化剂具有最好的催化性能;同时催化剂的焙烧时间、焙烧温度以及NaOH改性量影响催化剂表面碱性活性中心的数量和强度,其中中强碱的增加是改性后催化剂活性提高的主要原因.在NaOH用量为MnO₂质量的10%,400℃焙烧2h后,改性MnO₂/γ-Al₂O₃催化剂表面的中强碱量最大,催化活性最高,PC收率与选择性分别达86.9%、91.8%.     

Fe/γ-Al2O3催化剂上CO同时还原NO和SO2研究

研究了不同载体(γ-Al₂O₃、HZSM-5、TiO₂、SiO₂和MgO)负载Fe催化剂上CO还原NO反应及CO同时还原NO和SO₂反应。结果表明,Fe/γ-Al₂O₃催化剂对CO与NO反应具有良好的催化活性,但随着反应时间的延长,催化剂很快失活;在CO和NO反应中加入SO₂,可以明显改善Fe/γ-Al₂O₃催化剂对CO还原NO反应的活性稳定性;O₂和H₂O对催化剂活性的影响较大,CO₂对催化剂的影响较小。XRD结果表明,FeS₂是催化剂的活性中心,在CO与NO反应后,FeS₂转变为催化惰性的Fe₇S₈而导致催化剂活性下降;在CO与NO及SO₂反应体系中引入O₂后,Fe/γ-Al₂O₃催化剂上的活性组分FeS2被氧化为Fe₂O₃,导致催化剂失活。     

非热等离子体协同Mn-Ce/La/γ-Al2O3催化剂去除甲苯

采用自制线管式介质阻挡放电反应器,针对非热等离子体协同Mn-Ce/La/γ-Al₂O₃催化剂对低浓度甲苯的去除开展研究。研究中制备了Mn/γ-Al₂O₃、Mn-Ce/γ-Al₂O₃、Mn-La/γ-Al₂O₃催化剂,从甲苯去除率、产物O₃生成、CO_x选择性及其他副产物生成情况考察比较了空管放电、协同催化剂放电时催化降解甲苯性能,并对催化剂进行了BET、SEM、H₂-TPR和ICP-OES表征研究。结果表明：稀土助剂的加入有助于提高甲苯去除率及降低程度,且La催化性能优于Ce_.,当外加电压22 kV、气量6 L·min^-1、甲苯初始浓度600 mg·m^-3时,Mn-La/γ-Al₂O₃催化剂对甲苯去除率达到72.74%。H₂-TPR结果表明,稀土助剂的加入提高了催化剂低温活性及储氧能力,添加La的效果优于Ce。催化剂有助于抑制副产物O₃生成,提高CO₂和CO_x选择性。     

Research progress of γ-alumina support

由于γ-Al₂O₃载体的孔结构、表面酸性等性质的可调性,γ-Al₂O₃载体被广泛应用于催化剂载体领域。催化剂的孔结构、表面性质均取决于γ-Al₂O₃载体,因此通过掌握γ-Al₂O₃载体性质的可调变规律就可制备出适合特定催化反应的高性能载体。本文以γ-Al₂O₃载体制备及γ-Al₂O₃载体后处理等过程为出发点,详细评述了近年来γ-Al₂O₃载体的孔结构、表面酸性和水热稳定性等性质调变的最新研究进展,并指明了γ-Al₂O₃载体今后研究重点和发展方向。     

CeO2改性Ni/γ-Al2O3催化剂上顺酐加氢制备丁二酸酐

采用等体积浸渍法制备CeO₂改性Ni/γ-Al₂O₃催化剂,通过BET、XRD、H₂-TPR和SEM等对催化剂结构及物化性能进行表征,考察Ni-CeO₂/γ-Al₂O₃催化剂对顺酐催化加氢制备丁二酸酐催化性能的影响。结果表明,引入适量CeO₂可提高催化剂活性组分Ni的分散度,增加催化剂比表面积,提高催化剂热稳定性。采用负载CeO₂质量分数5%的Ni-CeO₂/γ-Al₂O₃催化剂,在反应温度120 ℃、反应压力2.0 MPa和空速0.6 h^-1条件下,顺酐转化率为99.5%,丁二酸酐选择性为99.4%。     

氧化铝酸性质的调变规律研究

催化剂是甲醇制烯烃工艺发展瓶颈，催化剂成型过程至关重要。氧化铝粘结剂中的L酸利于积碳反应和甲烷等副产物生成。故本文对活性氧化铝酸性质调变规律进行研究。研究结果表明，单一非金属元素的加入（F、B、Si）能与氧化铝中的不饱和键或羟基结合从而增加氧化铝表面B酸性位。F、Si共同作用对γ-Al₂O₃表面酸性质调变效果最为显著。（NH₄）₂SiF₆含量为12%时B酸位最大，L酸量最低，反应产物中甲烷生成受到明显抑制，丙烯收率提高。     

脲溶液修饰γ-Al_2O_3及其对La_2O_3/γ-Al_2O_3催化肉桂醛MPV反应的影响

采用探针-TPD、探针-IR和电势测量等方法研究不同浓度脲溶液浸泡γ-Al2O3颗粒对γ-Al2O3表面酸碱性质的影响和脲修饰对γ-Al2O3及La2O3/γ-Al2O3催化肉桂醛MPV反应的影响。结果表明,经不同浓度的脲溶液浸泡后,γ-Al2O3表面酸、碱位点强度分布均发生变化,催化肉桂醛MPV反应,生成肉桂醇的选择性随着修饰用脲溶液浓度增加而下降。以脲溶液修饰的γ-Al2O3为载体制备的La2O3/γ-Al2O3催化肉桂醛MPV反应,具有与γ-Al2O3催化该反应类似的变化现象。     

不同载体负载Pd双功能催化剂制备及其液相甲醇催化一步合成甲酸甲酯

以γ-Al_2O_3、ZrO_2、Bentonite(膨润土)、MIL-53(Al)和MIL-53(Fe)为载体,采用浸渍法制备负载Pd双功能催化剂,利用XRD、BET和NH3-TPD等表征催化剂结构,在微型高压反应器中评价催化剂的液相甲醇一步催化转化合成甲酸甲酯的反应性能,考察反应条件对催化剂性能的影响。结果表明,不同载体负载Pd催化剂未观察到Pd的XRD特征峰,表明催化剂表面的Pd是高分散状态。不同载体负载Pd催化剂的比表面积、酸强度和酸量差别较大,并且酸强度和酸量对甲醇转化率和产物选择性有较大影响。具有较多中强酸的2%Pd/Bentonite、2%Pd/MIL-53(Al)和2%Pd/MIL-53(Fe)催化剂比中强酸较少的2%Pd/γ-Al_2O_3和2%Pd/ZrO_2催化剂具有更高的甲醇转化率和甲酸甲酯选择性。2%Pd/Bentonite催化剂在每摩尔甲醇Pd用量为0. 030 mmol、反应温度150℃、O_2压力2 MPa和反应时间5 h条件下,液相甲醇一步催化转化合成甲酸甲酯反应中,甲醇转化率56. 08%,甲酸甲酯选择性55. 85%。     

碱金属改性的钒-钾催化剂催化环己烷氧化脱氢制环己烯

以γ-Al₂O₃为载体,采用浸渍法制备了以V和K为主活性组分、碱金属为助剂的M-3%V-6%K/γ-Al₂O₃系列(M=Li、Na、K、Cs)催化剂,并考察助剂种类对环己烷氧化脱氢制环己烯催化活性的影响。采用XRD、BET、NH₃-TPD、H₂-TPR和SEM对催化剂进行物化表征。XRD结果显示各活性组分均以无定形态存在;NH₃-TPD、H₂-TPR和SEM结果显示,碱金属助剂种类影响样品的表面酸性、氧化还原能力、活性组分的粒径和分散度。活性评价结果显示,经碱金属助剂修饰后的Na-3%V-6%K/γ-Al₂O₃表现出较好的催化性能,环己烯选择性达53.5%。     

Inhibition effect of H2O on V2O5/AC catalyst for catalytic reduction of NO with NH3 at low temperature

The inhibition effect of H₂O on V₂O₅/AC catalyst for NO reduction with NH₃ is studied at temperatures up to 250 °C through TPD, elemental analyses, temperature-programmed surface reaction (TPSR) and FT-IR analyses. The results show that H₂O does not reduce NO and NH₃ adsorption on V₂O₅/AC catalyst surface, but promotes NH₃ adsorption due to increases in Brønsted acid sites. Many kinds of NH₃ forms present on the catalyst surface, but only NH₄⁺ on Brønsted acid sites and a small portion of NH₃ on Lewis acid sites are reactive with NO at 250 °C or below, and most of the NH₃ on Lewis acid sites does not react with NO, regardless the presence of H₂O in the feed gas. H₂O inhibits the SCR reaction between the NH₃ on the Lewis acid sites and NO, and the inhibition effect increases with increasing H₂O content. The inhibition effect is reversible and H₂O does not poison the V₂O₅/AC catalyst.     

Preparation of solid acid catalyst SO42−/TiO2/γ-Al2O3 for esterification: A study on catalytic reaction mechanism and kinetics

In this work, a series of SO₄^2-/TiO₂/γ-Al₂O₃ solid acid catalysts were synthesized by impregnation method, in which nano-TiO₂ was prepared by sol-gel method, and then the nano-TiO₂ sol was loaded on porous γ-Al₂O₃ supporter through impregnation. The structure and property of catalyst were characterized by XRD, N₂-BET, SEM, TEM, XPS, NH₃-TPD, Pyridine-IR and FT-IR. In addition, the catalyst of chelate bidentate coordination acid center model was established. The catalytic performance test was carried out in the esterification of n-butyl alcohol with lauric acid and the catalyst showed excellent activity. The experimental results showed that the medium strength acid sites were more dominant active sites than the strong and weak acid sites for the rapid esterification reaction. Its kinetic behaviors and activation energy were studied for the esterification under the catalytic reaction condition.     

P123-assisted synthesis of enlarged mesoporous γ-Al2O3 from SB pseudoboehmite sol and its enhanced adsorption performance towards methyl blue

以硝酸解胶的工业拟薄水铝石SB粉溶胶为铝源、三嵌段共聚物P123为结构调节剂,采用溶剂蒸发诱导自组装法成功地制备了甲基蓝吸附性能显著增强的大孔径介孔γ-Al₂O₃。运用XRD、N₂吸附-脱附、TEM和UV-Vis对比研究了水热预处理SB粉溶胶与否对产物结构、织构性质、形貌和甲基蓝吸附性能的影响。结果表明,所制备的大孔径介孔γ-Al₂O₃具有优异的甲基蓝吸附性能并满足Langmuir吸附等温式,吸附300 mg·L-1的甲基蓝溶液60 min和3000 mg·L-1的甲基蓝溶液150 min时,其平衡吸附量分别高达267、1500 mg·g-1,远高于同一条件下SB粉焙烧产物γ-Al₂O₃的平衡吸附量150、1080 mg·g-1;水热预处理能增加产物的比表面积并提高其对甲基蓝的吸附速率,但对其均匀的介孔结构和平衡吸附量无显著影响。本研究为介孔氧化铝用于废水中甲基蓝等染料的吸附提供了新的契机。     

微波热解制备g-Fe2O3催化剂及其SCR脱硝性能

以FeSO₄·7H₂O[Fe(NO₃)₃·9H₂O]为铁源,采用新型微波热解法制备γ-Fe₂O₃[a-Fe₂O₃]催化剂样品,通过XRD、N₂等温吸附-脱附、压汞法等实验手段对催化剂样品晶相、微观孔结构等进行表征;考察两种催化剂样品的NH₃-SCR脱硝性能,通过归一化处理得到两种催化剂在不同温度下的本征脱硝反应速率,同时对比研究了γ-Fe₂O₃与钒系催化剂的脱硝活性;研究氨氮比、氧浓度等运行参数对γ-Fe₂O₃催化剂NH₃-SCR脱硝性能的影响规律,并对其抗硫抗水性能进行考察.结果表明:采用新型微波热解法可得到纯度较高的γ-Fe₂O₃催化剂,其介孔分布合理且大孔数量丰富;同时γ-Fe₂O₃催化剂表现出优于a-Fe₂O₃催化剂的脱硝性能,400℃时最大NO_x转化率达到96%,300、325、350℃下单位面积脱硝速率达到a-Fe₂O₃催化剂的3倍左右;γ-Fe₂O₃催化剂具备优良的抗硫抗水性能,其最佳氨氮比为1、最佳氧体积分数为3.5%.     

Gas-phase dehydration of glycerol over commercial Pt/γ-Al2O3 catalysts

Gas-phase dehydration of glycerol to produce acrolein was investigated over commercial catalysts based onγ-Al2O3, viz. A-64, A-56, I-62, AP-10, AP-56, AP-64 and KR-104. To understand the effect of Cl?anions, HCl-impregnated sup-ports have been investigated in the dehydration reaction of glycerol at 375 °C. For comparison, various H-zeolites were also examined. It was found that the glycerol conversion over the solid acid catalysts was strongly dependent on their acidity and surface area. And the relationship between the catalytic activity and the acidity of the catalysts was discussed. The outstanding properties of Pt/γ-Al2O3 catalyst systems for the dehydration of glycerol were revealed. Pt/γ-Al2O3 catalyst (AP-64) showed the highest catalytic activity after 50 h of reaction with an acrolein selectivity of 65%at a conversion of glycerol of 90%. Based on these results, catalysts based onγ-Al2O3 appear to be most promising for gas phase dehydration of glycerol.