新工科背景下工业催化专业实验教学改革探索

“新工科”概念的提出给高素质创新型人才的培养提出了新的要求。文章结合工业催化专业实验 课的教学改革措施、教学实践经验和教学成果,分析了该课程教学在培养创新型卓越工程人才、促进传 统工科专业教学的转型和改革、训练和提升学生的实践能力和应变能力方面取得的成效,可为类似实践 课程的本科教学提供借鉴。     

低温等离子体协同磷化镍催化甲烷干重整反应性能

分别采用化学镀法和浸渍法制备Ni₃P/SiO₂和Ni/SiO₂催化剂,并将其与介质阻挡放电等离子体协同催化甲烷干重整制合成气(H₂+CO)反应。对所制备的催化剂进行X射线粉末衍射、X射线光电能谱、N₂物理吸附-脱附和CO₂程序升温脱附表征和催化甲烷干重整性能评价。相较于Ni/SiO₂,Ni₃P/SiO₂具有更大的比表面积和更多缺电子态的Ni^δ+位点,以及对CO₂较强的吸附能力。催化性能评价结果表明,当等离子体输出功率20 W时,Ni₃P/SiO₂具有比Ni/SiO₂更优的甲烷干重整催化活性和稳定性,这可能是Ni₃P/SiO₂表面较多的Ni^δ+位点促进了反应物分子的吸附活化。对Ni₃P/SiO     

MoP/AC催化丙烷直接脱氢制丙烯

以活性炭(AC)为载体,采用等体积浸渍法制备了MoO_3/AC和P-MoO_3/AC催化剂,程序升温还原法制备了MoP/AC催化剂。对制备的催化剂进行了X射线衍射(XRD)、NH_3程序升温脱附(NH_3-TPD)和N_2物理吸附的分析表征,并比较了三种催化剂丙烷脱氢反应的催化性能。研究表明,MoP/AC具有更少的中强酸酸中心,其丙烷催化脱氢性能较好。MoP负载量为18%(质量分率),还原温度为650℃时制备的MoP/AC催化剂,在反应温度为600℃、原料气N_2与C_3H_8的物质的量比为6时,丙烷转化率为18.3%,丙烯选择性为84.0%。     

磷化法制备Ni x P y 及其复合材料光解水性能

磷化镍具有Ni₃P、Ni₁₂P₅、Ni₂P、Ni₅P₄等多种晶相,深入研究各个晶相的制备规律和稳定存在条件对开发磷化镍基催化材料至关重要。本文系统考察了磷化时间、磷化温度、Ni/P摩尔比、磷化气速和磷源种类对制备晶相的影响。结果发现,以Ni₃P为前体、红磷为磷源时,可以得到Ni₅P₄、Ni₂P、Ni₁₂P₅三种晶相;以次磷酸盐为磷源时只能得到Ni₂P和Ni₁₂P₅晶相。当以红磷为磷源时,反应温度是影响晶相的主要因素,磷化温度为500℃、600℃和800℃时分别得到Ni₅P₄、Ni₂P和Ni₁₂P₅晶相。将制备的Ni₃P、Ni₂P、Ni₁₂P₅和Ni₅P₄作为助剂,与CdS复合制备光催化复合材料,得到的4种Ni _x P _y /CdS复合材料均表现出良好的光解水制氢性能,Ni₅P₄/CdS表现出最优的产氢能力,为CdS的5.4倍。表征结果证明,引入Ni _x P _y 能够有效抑制反应过程中CdS的载流子复合,提升其光解水反应活性。     

含碳Cu-Zn-Al乙炔选择性加氢催化剂制备及性能

采用共沉淀法制备不同Cu/Zn摩尔比铜-锌-铝水滑石前体,焙烧后经过乙炔预处理和H₂还原得到Cu_mZn_3-mAl-LDO(T140-R150)催化剂(m取值为1、1.5、2、3)。对上述含碳铜-锌-铝催化剂进行N₂物理吸附、X射线衍射、扫描电子显微镜和透射电镜表征,研究其在大量乙烯存在时乙炔选择性加氢反应中的催化性能。结果表明：在铜-铝水滑石中引入锌,可提高前体中铜的分散度,有利于碳化铜(Cu_xC)加氢活性相的生成,提高乙炔选择性加氢反应的性能。催化剂最佳制备条件为：Cu/Zn摩尔比1,乙炔处理温度140℃,乙炔处理时间2 h,氢气还原温度150℃,氢气还原时间3 h。在温度100℃和压力0.1 MPa条件下,Cu_1.5Zn_1.5Al-LDO(T140-R150)催化乙炔选择性加氢反应的乙炔转化率达100%,乙烯选择性为53.9%,C₄选择性为15.5%,乙烷选择性为30.6%。     

双溶剂法制备Pd/MIL-100及其催化Suzuki偶联反应的研究

采用溶剂热法合成了MIL-100(Cr),通过双溶剂浸渍法负载Pd纳米粒子制备负载型Pd/MIL-100催化剂。以溴苯与苯硼酸偶联合成联苯为模型反应,考察了溶剂、碱助剂、温度等因素对Suzuki偶联反应性能的影响。结果表明,以V(EtOH)∶V(H₂O)=2∶1为溶剂、K₂CO₃为碱助剂,在60℃反应0.5 h,溴苯转化率达到97%,目标产物联苯选择性>99%;催化剂对于对位和间位供电子基团取代的芳基硼酸具有良好的底物适用性;Pd/MIL-100催化剂循环使用3次仍保持良好的催化活性及稳定性。XRD、XPS、ICP及TEM表征结果表明,催化剂失活的主要原因是由于Pd纳米粒子在MIL-100表面发生了迁移团聚。     

Al2O3负载Cu基催化剂的制备及其催化乙炔选择性加氢性能

采用等体积浸渍法合成了Cu(OH)₂/Al₂O₃前体，经乙炔处理、氢气还原制备了Al₂O₃负载的Cu基催化剂。采用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和N₂物理吸附对催化剂前体以及催化剂进行了表征，并在固定床反应器中系统考察了氢氧化铜负载量、乙炔处理温度、乙炔处理时间以及氢气还原温度对所制备催化剂催化乙炔选择性加氢性能的影响。研究结果表明：当Cu(OH)₂负载量为30%(质量分数)，乙炔处理温度为140℃，乙炔处理时间为2 h，氢气还原温度为150℃时，催化剂具有较高的低温乙炔选择性加氢活性。当反应温度为115℃时，乙炔转化率为98.50%，乙烯的选择性为66.15%，乙烷的选择性为15.75%,C₄的选择性为18.10%。