木质素催化氧化降解制备芳香醛的研究

研究了碱性条件下木质素降解制备芳香醛的催化氧化反应,考察了催化剂种类和用量、NaOH溶液浓度、反应温度、反应时间和反应压力对氧化降解反应的影响,确定了最佳反应条件,即：木质素1．6g、催化剂cus（XO．05g、2．0mol／l,NaOH30．0ml。、反应压力1．5M、反应温度175℃和反应时间90min。在上述反应条件下,所得反应产物芳香醛（香兰素、紫丁香醛、对羟基苯甲醛）总收率为24．4％。     

催化剂结构与焦油模型化合物裂解行为的关联性

以Ni（NO₃）₂·6H₂O为镍源,分别以HZSM-5（Si/Al=25）、HZSM-5（Si/Al=50）、HZSM-5（Si/Al=200）、USY、Al₂O₃为载体制备了5种镍基催化剂,采用XRD、H₂-TPR、BET、NH₃-TPD等方法对其进行了表征,在固定床反应器中考察了上述催化剂对煤焦油模型化合物甲苯+芘的催化裂解性能。结果表明,相比惰性载体石英砂,在催化剂作用下,液相产物中轻质芳烃种类明显增多。3种Ni/HZSM-5催化剂的比表面积和平均孔径较为接近,然而酸性中心数量最多的Ni/HZSM-5（Si/Al=25）,对甲苯+芘的裂解能力最强,体现为液体产物收率最低（仅为15.95%）,气产率和析碳率均最高,分别达16.73%和67.32%。在酸性中心数量相近的Ni/HZSM-5（Si/Al=200）与Ni/Al₂O₃作用下,液体产物收率差别较小,但后者的芘裂解率比前者高41.47%,主要是由于后者的平均孔径比前者高1.64倍,说明平均孔径大有利于重质组分芘的裂解。综合考虑液体产物收率、气产率、析碳率和芘的裂解率,Ni/Al₂O₃更适合甲苯+芘裂解反应体系。     

酶解木质素的碱催化温和水热降解

针对木质素相对分子质量大、空间位阻大、反应活性低、难于利用的缺点,以氢氧化钠作催化剂对酶解木质素进行温和水热降解。研究了反应条件对降解木质素产率的影响,并以红外光谱（FT-IR）、核磁共振谱（¹H NMR）、凝胶渗透色谱（GPC）来表征降解木质素产物。优化后的水热降解条件为反应温度200℃,反应时间120 min,氢氧化钠与木质素的质量比值为0.2,木质素的质量分数为8%,此条件下降解木质素的产率为71%。FT-IR分析表明,在温和的水热降解条件下,木质素的芳环结构得以保留。¹H NMR分析结果表明,水热降解使木质素的部分醚键断裂,酚羟基增多。GPC分析表明,木质素相对分子质量明显下降,证明在此过程中木质素发生了降解。     

甲烷催化活化与低阶煤热解耦合对热解产物的影响

为考察甲烷催化活化与低阶煤热解耦合对煤热解产物的影响,以榆林锦界煤为研究对象,以管式炉为反应器,以HZSM-5为载体,分别制备了Mo/HZSM-5,Ni/HZSM-5,Co/HZSM-5,Zn/HZSM-5和Fe/HZSM-5催化剂,考察了催化剂种类、热解温度(600℃,650℃,700℃,750℃,800℃)和催化剂负载量(1%,2%,3%,4%,质量分数)对热解产物分布的影响。结果表明:在热解温度为650℃,采用Mo负载量为2%的Mo/HZSM-5催化剂的条件下焦油产率最高,在此最优工艺条件下焦油产率为13.26%,较煤单独热解的焦油产率提高了31.5%。     

Ni改性HZSM-5催化剂对混合C4中异丁烯齐聚的影响

近年来，乙醇汽油全面推广导致甲基叔丁基醚(MTBE)的应用受限，作为其原料之一的异丁烯需要另寻出路。异丁烯主要来源于催化裂化和蒸气裂解所产生的混合C₄馏分，其通过选择性二聚反应可以生产高辛烷值的汽油添加剂。以Ni为助剂对HZSM-5进行改性，考察不同Ni负载量对催化性能的影响，并对一系列催化剂进行相关表征。结果表明，当Ni负载质量分数为0.25%时，综合效果最好，C₈⁼收率为45.4%。表征结果表明，HZSM-5经Ni改性后，强酸位点的Lewis酸(L酸)和Br9nsted酸(B酸)比值增加，对提高产物C₈⁼选择性具有重要作用，该L酸中心可能来源于Ni物种与HZSM-5中的铝相互作用所生成的NiAl₂O₄。     

W2C/AC催化快速热解松木磨木木质素

以活性炭（AC）为载体制备了不同钨负载量的W₂C/AC催化剂,将其和松木磨木木质素（MWL）机械混合后进行Py-GC/MS（快速热解-气相色谱/质谱联用）实验,考察了钨负载量、催化剂/MWL比例对产物分布的影响,并通过外标法对主要产物（芳烃类和酚类）的真实产率进行了定量分析。结果表明,W₂C/AC催化剂可有效促进木质素的热解解聚生成单酚类产物,并对酚类产物具有脱羰基、脱甲氧基、脱羟基以及加氢的效果,从而促进稳定的酚类产物（不含羰基、甲氧基和不饱和碳碳双键）和芳烃类产物的生成。在4种W₂C/AC催化剂中,10%-W₂C/AC的催化效果最佳,在催化剂/MWL比例为5时热解产物总产率达到最大值,此时芳烃类和酚类产物的总产率由无催化剂时的21.2 mg·g^-1和151.0 mg·g^-1增加至102.1 mg·g^-1和191.1 mg·g^-1。     

木质素模型化合物合成研究的现状与展望

对木质素模型化合物合成研究现状进行了全面的综述。简单介绍了木质素单体合成的3种主要途径：莽草酸途径、苯丙烷类代谢途径及酯还原途径。简述了木质素单体聚合的2种理论,即被学术界广泛接受的随机聚合学说（或自由基组合交联理论）和颇受争议的严格调控聚合学说。阐述了β-O-4、α-O-4、5-5'、β-5'等多种连接键型木质素模型物的二聚体、三聚体及多聚体化学合成方法及机理方面的研究进展,并指出了木质素化学合成过程中的问题及应对措施,明确了木质素模型化合物合成研究的发展方向。     

SrTi_xFe_(1-x)O_3选择性催化热解木质素制备酚类化合物

以SrTi_xFe_(1-x)O_3钙钛矿为催化剂,对其选择性催化热解木质素制备芳香基酚类化合物进行了研究。分别采用XRD、SEM、TG和FT-IR方法对钙钛矿结构催化剂的类型、结构、形貌、热性能进行了分析测试,并采用固定床反应器对SrTi_xFe_(1-x)O_3催化剂的催化性能进行评价。实验表明:固相法制备的钙钛矿结构催化剂能够在木质素催化热解过程中,提供活性晶格氧,提高催化活性。当反应温度为700℃时,按m(钙钛矿催化剂)∶m(木质素)=1∶1均匀混合进行木质素催化热解时,其液相产物产率可达16.75%,其中酚类产物包括苯酚、愈创木酚、和紫丁香酚和对苯二酚,其总选择性为86.1%。     

ZrO2/Ti-MCM-41催化聚丙烯裂解反应的研究

采用水热合成法制备了中孔分子筛ZrO₂/Ti-MCM-41，通过XRD和N₂吸附-脱附对其进行表征。结果表明，该分子筛具有中孔结构，并且随着ZrO₂含量的增加，ZrO₂/Ti-MCM-41孔道的长程有序性和结晶度有所减弱，直至失去中孔结构。将其应用于聚丙烯（PP）催化裂解反应，通过考察负载量、反应温度、催化剂用量和反应时间，对ZrO₂/Ti-MCM-41催化裂解PP反应的规律进行了研究。结果表明，负载ZrO₂质量分数为18%的ZrO₂/Ti-MCM-41，在反应温度400 ℃m（ZrO₂/Ti-MCM-41）∶m(PP)=0.02和反应时间30 min条件下，PP转化率可达91.2%，液体产物收率为83.6%，优于热裂解及传统的HZSM-5小孔分子筛催化剂的催化裂解结果。     

Ni/ZrO2催化剂的制备及甲烷分步水蒸气重整反应性能

采用沉淀法制备了ZrO₂载体,进一步采用浸渍法制备了不同Ni负载量的Ni/ZrO₂催化剂。通过XRD、N₂物理吸附、H₂-TPR和H₂-TPD等表征手段对Ni/ZrO₂催化剂的物理结构和化学特性进行了研究,探讨了活性金属Ni物种的状态,并计算了Ni粒子的大小。随着Ni负载量的增加,Ni/ZrO₂催化剂的比表面积逐渐减小,金属Ni的分散度逐渐减小,Ni粒子尺寸逐渐增大,低温H₂脱附峰所占比例逐渐增大。当Ni负载量为10.2%（质量分数）时,Ni/ZrO₂催化剂上ZrO₂晶粒的平均尺寸和Ni粒子的尺寸大小均接近30nm。进一步考察了Ni/ZrO₂催化剂在甲烷分步水蒸气重整反应中的催化性能。结果表明,Ni负载量在一定范围内的Ni/ZrO₂催化剂对于甲烷分步水蒸气重整反应具有良好的催化性能,Ni负载量过高或过低均不利于甲烷的转化。当Ni负载量为10.2%时,载体ZrO₂粒子和金属Ni粒子尺寸匹配,Ni/ZrO₂催化剂表现出最佳的甲烷转化活性和稳定性。     

CuO/HZSM-5催化溴甲烷芳构化制备芳烃

采用等体积浸渍法制备了不同负载量（1%~7%）的CuO/HZSM-5催化剂,在固定床反应器中研究了不同反应温度、溴甲烷流量以及CuO负载量对溴甲烷芳构化催化性能的影响。采用SEM、XRD、N₂吸附脱附、TEM、XPS、TG、DSC、NH₃-TPD等技术对反应前后的催化剂进行表征。XRD 结果显示活性组分CuO 在HZSM-5上具有很好的分散性,并且反应后Cu晶型不变。NH₃-TPD 结果显示3%的CuO 负载后,催化剂强酸量增加。在CuO 负载量为3%,温度为360℃,反应空速为240 ml·g^-1·h^-1 条件下得到最高的芳烃收率（22.3%）。XPS 结果显示反应后在催化剂上主要的积炭为石墨碳。催化剂稳定性测试结果表明反应40 h内催化活性没有明显下降。     

Pd/HZSM-5催化剂催化加氢丙酮合成甲基异丁基酮

以HZSM-5为载体,采用浸渍法制备系列Pd/HZSM-5催化剂,在高压连续流动固定床反应器中考察Pd/HZSM-5催化剂催化加氢丙酮一步法合成甲基异丁基酮性能,并对工艺条件进行优化。结果表明,当HZSM-5载体上Pd负载质量分数为0.5%时,在反应温度140 ℃、氢压1 MPa、空速0.48 h^-1和氢酮物质的量比为1条件下,Pd/HZSM-5催化剂催化活性较高,丙酮转化率为45.91%,甲基异丁基酮选择性为94.33%。采用XRD、H₂-TPD、SEM、EDS和TGA等对催化剂进行表征,结果表明,负载质量分数0.5%的Pd在HZSM-5分子筛表面分散均匀,且0.5%Pd/HZSM-5催化剂具有较高氢吸附能力,失活的主要原因为催化剂表面积炭,采用流化床反应器取代传统的固定床反应器可以很好的解决催化剂积炭问题。     

分子筛固载化三氯化铁的制备及催化性能研究

采用萘与异丙醇的烷基化合成路线,考察了改性分子筛的催化性能以及反应条件对异丙基化反应的影响。以分子筛为载体,采用离子交换法制备了固载FeCl₃的HM（H-SAPO-11、HZSM-5）分子筛催化剂,采用XRD、扫描电镜/X射线能谱仪（SEM/EDS）、BET、FT-IR对催化剂做了表征;在微分反应器上考察了改性分子筛的催化性能和反应条件对萘异丙基化反应的影响。当FeCl₃在HM上的固载量（质量分数,下同）从10%增至50%时,萘的转化率也随之增大。对50%Fe/HM分子筛催化剂,在原料配比为n（萘）∶n（异丙醇）∶n（环己烷）=1∶2∶10、催化剂质量为2 g、质量空速为1 h^-1、反应温度为280 ℃的条件下,萘转化率为61.4%,2,6-DIPN的收率为38.4%,β,β-DIPN选择性为84.6%。     

双金属Ni-Co/HZSM-5催化剂上甲烷二氧化碳重整反应

采用等体积浸渍法制备一系列双金属Ni-Co/HZSM-5催化剂,考察反应温度和Ni与Co质量比对甲烷二氧化碳催化重整性能的影响。采用BET和H2-TPR表征催化剂的孔结构和还原性能,结果表明,负载的活性组分均匀分散在HZSM-5载体孔道内。Ni与Co之间存在协同作用,促进了Ni-Co/HZSM-5催化剂的还原性能。单金属Co催化剂几乎对甲烷没有转化活性,双金属Ni-Co催化剂催化活性明显提高,Ni与Co质量比6∶4时,催化剂甲烷二氧化碳重整反应的催化活性和稳定性优于单金属Ni催化剂。     

Hydrogenolysis of organosolv hydrolyzed lignin over high-dispersion Ni/Al-SBA-15 catalysts for phenolic monomers

Efficiency and recycling of catalysts are important for the lignin hydrogenolysis to obtain phenolic mono-mers. In this work, a series of high-dispersion Ni/Al-SBA-15 catalysts were prepared by a direct and effec-tive preparation method, and then used in the hydrogenolysis of diphenyl ether (DE) and organosolv hydrolyzed lignin (OHL) for phenolic monomers. The universality of as-made catalysts in different sol-vents and cyclic performance were investigated. Results showed that the addition of ethylene glycol (EG) during the loading process of Ni promoted the dispersion of metal efficiently. High dispersion of Ni species could highly enhance the conversion of DE and the OHL which Ni/Al-SBA-15(1EG) exhibited the excellent catalytic performance. Decalin was found to be most effective solvent on the conversion of DE (99.16％). 84.77％liquefaction ratio and 21.36％monomer yield were achieved, and no obvious char was observed after the depolymerization of OHL in ethanol solvent at 280 ℃ for 4 h over the Ni/Al-SBA-15(1EG) catalyst.     

Methane aromatization using Mo-based catalysts prepared by microwave heating

Mo/HZSM-5 and Cu–Mo/HZSM-5 catalysts for the non-oxidative aromatization of methane have been prepared by microwave heating method. The effects of Mo loading, the molar ratio of Cu/Mo and preparation method on the catalytic performance of catalysts were studied. The results were compared with those for the methane aromatization over catalysts prepared by conventional heating. Both two kinds of catalysts have the maximum methane conversion when the Mo loading is 6%. The catalysts prepared by microwave heating exhibited higher selectivity to benzene than that prepared by conventional heating. The addition of metal Cu to Mo/HZSM-5 catalyst prepared by microwave heating enhanced the lifetime of catalyst, and gave rise to a little increase in methane conversion. The molar ratio of Cu/Mo influenced the methane conversion, and the maximum value was attained when Cu/Mo = 0.05, whereas no significant influence on the benzene selectivity was observed with the increase molar ratio of Cu/Mo. N₂ adsorption results showed that the catalysts prepared by microwave heating have the larger surface area and the similar pore volume compared with the catalysts prepared by conventional heating. This fact revealed that the more Mo species located on the outer surface of catalysts prepared by microwave heating is the main reason why they have better catalytic performance. XRD analysis indicated that the Mo species are highly dispersed on HZSM-5 zeolite. The addition of Cu influenced the dispersion. The actual active phase Mo₂C can be identified on the catalyst surface after reaction. TEM analysis revealed the carbonaceous deposition to have the form of carbon nanotube after reaction, with a uniform size range of 10–20 nm. TG analysis indicated that carbonaceous deposition on the catalysts prepared by microwave heating is lower than that by conventional heating, and the metal Cu further prompts the stability of catalyst. Most of the carbonaceous deposition on catalysts prepared by microwave heating is formed at low temperature and it is easy to burn-off. Coke accumulation at high temperature is the main reason of catalyst deactivation. The carbonaceous deposition formed on the catalysts for non-oxidative aromatization of methane is different from those formed on the catalysts for partial oxidation of methane.     

Ni-P/TiO2非晶态催化剂对α-蒎烯加氢的性能

采用化学还原法制备Ni-P/TiO₂非晶态催化剂,以α-蒎烯加氢反应为探针反应,考察了催化剂制备条件对其催化性能的影响,得到适宜的制备条件为载体与NiCl₂?6H₂O质量比为3∶1,P/Ni摩尔比为2.5∶1,反应温度为25℃,pH为11。结果表明：该条件下制备的催化剂对α-蒎烯加氢具有较高的催化活性,α-蒎烯转化率为99.89%,顺式蒎烷选择性为98.48%,收率为98.37%,且可重复使用8次。以XRD、BET、DSC、XPS、TEM为表征手段,对催化剂失活前后的结构及形貌进行了分析,结果表明：新鲜催化剂为粒径均一的球形颗粒,粒径约为100nm,分散性较好,引入TiO₂有效提高了Ni-P粒子的热稳定性,将其晶化温度分别提高了78℃、190℃和115.1℃,而失活催化剂的分散度、Ni⁰含量均有下降,出现了活性组分流失、氧化及团聚等现象,这可能是导致催化剂失活的主要原因。     

锰铈相互作用对催化碳烟燃烧性能的影响

采用等体积浸渍法制备HZSM-5分子筛负载Mn（9Mn/Z）,Ce（9Ce/Z）和同时负载Mn、Ce（4.5Mn4.5Ce/Z）催化剂,并考察了它们的催化碳烟颗粒燃烧的性能。结果表明,同时负载Mn、Ce的催化剂（4.5Mn4.5Ce/Z）具有更好的催化碳烟燃烧的活性,碳烟转化率为50%时所对应的温度（T₅₀）为400℃,低于9Mn/Z（T₅₀=414℃）和9Ce/Z（T₅₀=447℃）催化剂。相比于纯碳烟的燃烧,T₅₀降低了128℃。通过氢气程序升温还原（H₂-TPR）测试,相比较催化剂9Mn/Z和9Ce/Z,催化剂4.5Mn4.5Ce/Z中混合氧化物的氢气的还原温度向低温方向产生了偏移,具有更好的氧化还原性,说明MnO_x和CeO₂产生了一定的相互作用;X射线光电子能谱（XPS）测试表明,样品4.5Mn4.5Ce/Z具有更多的表面化学吸附氧物种,这些氧物种有助于碳烟氧化燃烧,因而表现出较高的催化碳烟燃烧活性。