二氧化硅负载钌催化剂催化氨硼烷水解产氢研究

采用浸渍-还原法制备了Ru/SiO₂催化剂,并考察了钌负载量、还原剂硼氢化钠的用量、还原温度以及反应条件对催化剂Ru/SiO₂催化BH₃NH₃水解产氢的影响。结果表明,在钌的负载量为0.1%（质量分数）、还原剂硼氢化钠与钌的物质的量比为2.2∶1、还原温度为303 K时制备的催化剂,催化BH₃NH₃水解产氢速率最快[转化频率TOF为140.8 L H₂/（mol Ru·min）]。搅拌转速为450 r/min时,氨硼烷向催化剂表面传质最快,产氢速率最大。氨硼烷水解反应由催化剂界面反应控制,产氢速率与催化剂用量成正比。随着反应温度的升高,Ru活化的氨硼烷分子能量增加,反应速率逐渐增加。反应动力学计算表明Ru/SiO₂催化剂催化BH₃NH₃水解产氢反应对氨硼烷浓度为零级反应,活化能为45 kJ/mol。     

纳米γ-Al_2O_3与Ru/CMK-3混合催化转化纤维素制备山梨醇

高选择性一步转化纤维素制山梨醇,是实现纤维素制备高附加值化学品的一个重要途径。催化剂的酸水解性能及加氢性能直接影响纤维素一步转化的反应结果。筛选了一系列纳米酸性金属氧化物与Ru/CMK-3组合催化剂,结果表明纳米γ-Al_2O_3-Ru/CMK-3组合催化剂可高选择性催化纤维素转化为山梨醇,在适宜的反应条件下,纤维素转化率为49.8%,山梨醇选择性可高达91.3%。并讨论了各组合催化剂的酸性位、加氢活性位的组合特点及反应产物的分布特征,结果表明催化剂的酸性位和加氢活性位的合理匹配是提高山梨醇选择性的重要因素。当酸性位占主导时,纤维素水解生成的葡萄糖不能快速加氢转化,会降解生成5-羟甲基糠醛等副产物,从而降低山梨醇选择性。     

水热法合成SBA-15负载杂多酸催化纤维素水解加氢

采用水热一步法在介孔SBA-15载体上负载杂多酸,并进一步负载金属Ru制备具有酸性和加氢性能的双功能催化剂。用BET、XRD、TEM、ICP、NH₃-TPD对其结构性质进行表征。考察了反应时间和反应温度对纤维素催化反应的影响。在190 ℃、16 h,5 MPa H₂的条件下,纤维素转化率达到55.2%,山梨醇的收率为36.8%。催化剂的循环使用表明杂多酸在载体上能够稳定存在,不易流失。制备的双功能催化剂具有很好的稳定性和催化活性。     

葡萄糖氢化制山梨醇Ru/C催化剂的研究

首先用正交实验考察了溶液温度、pH值、搅拌速率等因素对葡萄糖氢化制山梨醇Ru/C催化剂吸附量的影响规律,并据此用浸渍及甲醛还原法制备了系列Ru/C催化剂,在0.5 MPa和120 ℃测得葡萄糖加氢生成山梨醇的催化活性、山梨醇选择性和催化剂的稳定性。结果表明,钌的负载量对Ru/C催化剂的性能影响较大,负载钌质量分数为5%时,制得的催化剂具有较佳的性能。     

膨润土负载钌催化剂制备及其催化氨硼烷水解产氢研究

采用浸渍-化学还原法制备了钌/膨润土（Ru/Ben）催化剂,考察了钌含量、还原剂硼氢化钠用量、还原温度以及反应条件等对Ru/Ben催化氨硼烷（NH₃BH₃）水解产氢的影响。结果表明,在钌负载量为0.3%（质量分数）、钌与还原剂硼氢化钠物质的量比为1∶2.5、还原温度为303 K条件下,制备的Ru/Ben中Ru微晶尺寸为3.8 nm,Ru/Ben催化NH₃BH₃水解产氢的转化频率（TOF）为145 mol/（mol·min）;搅拌转速为450 r/min时,外扩散限制消除,产氢速率最大;产氢速率与Ru/Ben浓度成正比,催化剂界面反应是氨硼烷水解产氢反应的控速步骤,Ru/Ben催化NH₃BH₃水解产氢反应对催化剂浓度的反应级数为0.7;反应温度越高,氨硼烷向催化剂表面的传质速率越高、产物氢气及副产物偏硼酸钠从催化剂表面越易脱附,产氢速率越大。动力学计算表明,Ru/Ben催化NH₃BH₃水解产氢反应的产氢速率与氨硼烷浓度无关,活化能为15 kJ/mol。     

Ru/CNT催化纤维二糖加氢制备山梨醇的机理及动力学

针对纤维素的转化,研究了以钌碳纳米管(Ru/CNT)为催化剂,纤维素模型分子纤维二糖催化加氢制备山梨醇的反应。通过对反应产物的分析,考察了纤维二糖转化生成山梨醇的反应机理,建立了纤维二糖催化加氢的动力学模型。并根据实验数据,拟合得到纤维二糖催化加氢反应各步的反应数率常数和表观活化能,其中,纤维二糖水解活化能为147.1 KJ·mol^-1;纤维二糖部分加氢活化能为73.8 KJ·mol^-1。纤维二糖催化加氢反应模型的建立,为纤维素资源的高效利用提供了重要的基础数据。     

纳米多孔钌催化纤维素高效转化制备甲烷

以钌、铝两种金属制备了纳米多孔钌催化剂,并将其应用于催化纤维素制甲烷反应中。对纤维素和催化剂进行了XRD、SEM、TEM和XPS表征,并对催化过程进行了温度和压力考察。结果表明:在反应温度220℃、初始氢气压力0.5 MPa下反应8 h,纤维素转化率为75.8%,甲烷选择性达到82.2%。具有纳米多孔结构的催化剂稳定性良好,可循环套用10次,甲烷收率保持在73.2%~79.5%。考察了纤维素的转化历程和反应前后纤维素结构变化。结果表明:纤维素制备甲烷反应分为酸催化的水解过程和纳米多孔钌催化的加氢过程两个阶段。钒改性纳米多孔钌双功能催化体系可以提高纤维素向甲烷转化,纤维素的转化率及甲烷的收率分别达到了49.3%和38.8%。     

环烯烃开环易位聚合物的合成

采用MoCl₅为核心的齐格勒-纳塔催化剂合成降冰片烯-四环十二烯的开环易位聚合物,实现稳定的100%单体转化率,凝胶率0%。并采用Al₂O₃负载的Ru催化剂和SiO₂/Al₂O₃负载的Ni金属催化剂对相同的降冰片烯-四环十二烯开环易位聚合物进行非均相加氢,可实现100%的加氢率,且简单过滤即可将催化剂与聚合物溶液完全分离。两种加氢催化剂的产品具有不同的性质,Ni负载催化剂最佳反应条件：催化剂含量10%、反应温度190℃、初始氢气压力4 MPa、反应时间2 h,加氢产物的熔融指数76 g·min^-1,玻璃化转变温度126℃;Ru负载催化剂最佳反应条件：催化剂含量2%、反应温度180℃、初始氢气压力4 MPa、反应时间2 h,加氢产物的熔融指数10 g·min^-1,玻璃化转变温度131℃。     

磺酸化碳材料负载Ru催化剂催化纤维素水解/加氢反应

采用纤维素衍生碳、活性炭和介孔碳材料CMK-3为不同碳源前驱体,在不同磺酸化条件下制备磺酸化碳材料负载Ru的双功能催化剂,并用FTIR光谱、XRD、元素分析、热重分析、N₂物理吸附 脱附进行了表征,考察了其对纤维素加氢反应的催化活性。结果表明：相比于纤维素衍生化碳,活性炭和介孔碳CMK-3为碳源经过磺酸化后制备的催化剂具有较强的结合-SO₃H的能力和较高的催化活性,对多元醇具有良好的选择性,170 ℃下反应10 h六元醇的收率可高达84.0%。在循环使用时,磺酸化活性炭负载Ru催化剂催化活性有所降低,但可以保持对多元醇的选择性;而磺酸化介孔碳负载Ru催化剂存在少量S流失,转化率基本不变,但产物的选择性有所降低。     

新型Ru基催化剂的制备及其2-乙基蒽醌加氢性能

通过等体积浸渍法和多元醇法制备了负载型钌氧化铝催化剂（Ru/Al₂O₃-IMP和Ru/Al₂O₃-CRP）,并首次探究了其在2-乙基蒽醌（2-eAQ）加氢催化反应中的性能。实验发现,在不同的反应条件（温度、压力、时间）下,Ru/Al₂O₃-CRP催化剂催化2-eAQ加氢反应的活性均高于Ru/Al₂O₃-IMP催化剂。采用电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES）、X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）、光电子能谱（XPS）等分析技术对两种催化剂进行了结构表征。XRD和TEM表征结果发现,Ru/Al₂O₃-CRP催化剂表面的Ru金属颗粒具有高分散性且颗粒尺寸分布较窄。此外,XPS表征结果证实Ru/Al₂O₃-CRP催化剂上钌的电子云密度低,这使得它对2-eAQ上氧孤对电子有着强的吸引力,有利于活化2-eAQ,进而表现出强的加氢反应活性。     

Ru/HZSM-5催化剂的制备及其对苯二酚加氢催化性能

以不同硅铝比的HZSM-5为载体,采用化学还原法与沉淀法制备了负载型Ru/HZSM-5催化剂。通过XRD与TEM对催化剂进行了表征。系统考察了制备方法、硅铝摩尔比、温度、氢气压力、时间和Ru负载量对对苯二酚加氢的影响。由于化学还原法制备的催化剂中Ru粒径较小且分散均匀,得到了含有少量硼的非晶态钌硼合金,其催化性能明显优于沉淀法制备的Ru/HZSM-5催化剂。最佳优化反应条件为:硅铝摩尔比为740,反应时间为2.5 h,反应温度为140℃,氢气压力为2.5 MPa,Ru质量分数为1.0%,此时,对苯二酚转化率为100%,目标产物1,4-环己二醇选择性为90.13%。最后,对该催化体系下对苯二酚加氢的反应路径进行了分析。     

离子液体一步法催化合成4-乙酰胺基苯亚磺酸

离子液体作为一类同时具备优良溶剂性能与催化活性的新兴绿色催化剂,在各类反应当中有着广泛的应用。开发了以乙酰苯胺和SO₂为原料,采用离子液体一步法催化原料亚磺化反应合成4-乙酰胺基苯亚磺酸的新工艺,其中离子液体在反应过程中同时作为溶剂与催化剂。考察了多种离子液体一步法合成4-乙酰胺基苯亚磺酸,确定三乙胺盐酸盐/AlCl₃为最适宜离子液体,并进一步考察了三乙胺盐酸盐/AlCl₃自身物质的量配比、反应温度和反应时间等条件对其催化性能的影响;同时探讨了离子液体在反应中真正起催化作用的活性组分是[Al₂Cl₇]^-。离子液体一步法催化合成4-乙酰胺基苯亚磺酸最适宜反应条件为：反应温度为90℃、反应时间为4 h、n（三乙胺盐酸盐）：n（AlCl₃）=0.55：1.00（记为0.55Et₃NHCl/AlCl₃）。在最适宜反应条件下,液相收率达到89.55%。通过IR、LC-MS和¹H NMR等分析对产物结构进行了鉴定。     

磁性颗粒负载磺酸功能化离子液体催化纤维素水解的研究

采用化学修饰法将磺酸功能化离子液体[SO₃H-（CH₂）₃-HIM][HSO₄]负载在磁性纳米颗粒Fe₃O₄表面,制备了一种磁性颗粒负载磺酸催化剂Fe₃O₄@SiO₂-IL,并将Fe₃O₄@SiO₂-IL用于催化纤维素水解反应。采用FT-IR和TEM对催化剂进行了表征,并考察了反应温度、反应时间、催化剂用量和水用量对纤维素水解还原糖产率的影响。Fe₃O₄@SiO₂-IL样品在FT-IR光谱中的—SO₃H吸收峰和咪唑环的峰,说明离子液体被成功地负载到Fe₃O₄@SiO₂表面;TEM分析显示,Fe₃O₄磁核的颗粒大小约为250 nm,经过包裹和离子液体修饰的磁性颗粒表面并无明显变化。当纤维素用量为0.1 g,离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氯盐（[Bmim]Cl）的用量为2.0 g,磁性催化剂用量为0.2 g,水用量为0.2 g,反应温度100 ℃,反应时间40 min时,纤维素水解还原糖产率可达52.5 %,并且磁性催化剂具有较好的磁性分离性能和重复使用性能,重复使用5次后,纤维素水解还原糖产率并无明显降低。     

手性氨基醇的绿色催化工艺研究

以L-丙氨酸为原料,利用5%钌-铑/氧化铝双金属催化加氢还原得到L-丙氨醇,其催化加氢工艺优化得到当磷酸与丙氨酸的摩尔比为1.1、反应温度110℃、反应时间7h、反应压力4MPa时,L-丙氨酸的转化率为96%,得到L-丙氨醇的光学收率为99%.该方法也适用于L-苯丙氨酸、L-缬氨酸等氨基酸的催化加氢,光学收率均为97%以上.     

液相法苯选择加氢制环己烯反应条件的探讨

采用化学还原法制备负载型钌催化剂,进行了苯选择加氢制环己烯。研究了反应温度、氢气压力、搅拌速率、反应时间对苯转化率、环己烯选择性及收率的影响。结果表明:在最佳反应条件下,反应温度为140℃、氢气压力为6.0MPa、搅拌速率为900r/min、反应时间为20min时,苯转化率为76.27%,环己烯选择性为68.33%,环己烯收率为52.12%。     

Pd/C催化聚苯乙烯加氢制聚环己烷基乙烯的研究

研究了不同载体负载的Pd催化剂Pd/MCM-41、Pd/Al₂O₃、Pd/MC和Pd/C在聚苯乙烯（PS）加氢制聚环己烷基乙烯（PCHE）中的性能。考察了催化剂质量、搅拌速度、反应温度、反应时间及反应压力等对PS加氢反应的影响。结果表明，具有较高分散度的Pd/C催化剂表现出优异的催化活性和稳定性。在催化剂质量为0.1 g和较低的反应温度（160℃）下，Pd/C催化PS加氢的转化率>99%,且产物PCHE具有较高的玻璃化转变温度、较低的密度和吸水性及较高的抗拉强度。     

超临界流体技术制备Ru/C催化剂的研究

以活性炭为载体、氯化钌为活性前驱体,采用超临界CO2流体沉积技术制备了Ru/C催化剂,用葡萄糖加氢生产山梨醇反应考察催化剂的催化活性.用正交实验考察了温度、CO2的量和还原剂KBH4的量等因素对制备Ru/C催化剂催化活性的影响规律;用红外光谱(IR)和扫描电镜(SEM)对Ru/C催化剂样品进行了结构表征.结果表明:制备...     

葡萄糖加氢制山梨醇Ru/C催化剂的开发

针对葡萄糖加氢制山梨醇反应,研究了以水合RuCl3为前驱体制备高活性Ru/C催化剂的方法。考察了活性组分负载方式、活性炭载体的预处理、钌负载量、以及氯离子的洗涤脱除对催化活性的影响。结果表明,尿素均匀沉淀法可得到高分散的钌晶粒;活性炭载体经双氧水处理效果最好;经洗涤脱氯,钌晶粒的分散度增加,催化剂活性显著提高。在120℃,氢压4 MPa下,测得用优选条件制备的含钌3.79%质量分率的Ru/C催化剂活性,即拟一级反应速率常数,为0.533 L/(s.g-cat),比两种糖加氢商用催化剂,即Raney-Ni的0.285 L/(s.g-cat)和含钌5%质量分率商业Ru/C催化剂的0.422 L/(s.g-cat)均有明显提高。     

负载型Ru/Al_2O_3催化剂催化加氢制备氢化双酚A研究

采用负载型Ru/Al_2O_3催化剂对双酚A(BPA)加氢制备氢化双酚A(HBPA)进行了研究,考察了催化剂煅烧温度、煅烧时间、还原温度、还原时间、催化剂负载量等制备条件对反应的影响,确定催化剂最佳制备条件为:煅烧温度200℃、煅烧时间5 h、还原温度100℃、还原时间1 h,Ru负载量(w)3%。同时考察了溶剂类型、催化剂用量、反应温度、反应压力等条件对催化加氢反应的影响,确定催化加氢反应的最佳工艺条件为:溶剂选用异丙醇、催化剂用量3%、反应温度160℃、反应压力4.5MPa、反应时间4 h。在上述最佳条件下,双酚A的转化率为100%,氢化双酚A的选择性为97.08%。     

介孔磷酸锆固体酸催化剂的制备及其催化性能

采用水热法制备了介孔磷酸锆固体酸催化剂,通过X射线衍射、傅里叶红外光谱、氮气吸附法、氨气程序升温等表征方法对该催化剂进行了表征,结果表明该催化剂具有介孔结构、较高的比表面积及较多的Brönsted酸性位,将该催化剂应用于纤维素水解制葡萄糖反应体系中,较适宜的反应条件为反应温度160℃、反应时间4h、催化剂用量与微晶纤维素原料比1∶3,单次反应纤维素转化率和葡萄糖选择性可达到50%,5次循环反应后纤维素累积转化率达到80%,在整个过程中催化剂并未发生明显失活,这表明该催化剂的纯单一磷酸锆（ZrPO）结构有利于提高其热稳定性,介孔磷酸锆固体酸催化剂在纤维素水解实验中表现出很大的潜力,可作为非均相固体酸催化剂用于葡萄糖生产以减少无机酸的应用。