负载型硫酸铁对烯烃齐聚催化作用的研究——Ⅰ.Fe_2(SO_4)_3/γ-Al_2O_3对丙烯齐聚反应催化作用的考察

通过对Fe_2(SO_4)_3/γ-Al_2O_3催化剂制备方法的研究和对丙烯齐聚反应催化性能的考察,发现该催化剂在温和的反应条件下对丙烯齐聚反应具有高的活性和三聚、四聚选择性.通过氨不可逆吸附法测定催化剂的酸量及其与催化活性的关联,以及采用NaOH对催化剂中毒的方法考察催化剂性能的变化.认为在Fe_2(SO_4)_3/γ-Al_2O_3上丙烯齐聚反应是以酸催化机理进行的.     

Fe_2O_3/γ-Al_2O_3催化乙醇脱水制乙烯

采用浸渍法制备了一系列不同Fe_2O_3负载量的Fe_2O_3/γ-Al_2O_3催化剂,考察了它们在乙醇脱水制乙烯反应中的催化性能,通过XRD、BET和NH_3-TPD等手段对催化剂进行了表征,并对Fe_2O_3负载量、反应温度、乙醇含量和液态空速等工艺条件进行了优化。实验结果表明,Fe_2O_3可较好地分散在γ-Al_2O_3载体上,Fe_2O_3的引入使催化剂的孔体积和孔径都有所增大,表面酸量、酸密度和强度分布发生明显变化。Fe_2O_3负载量为0.5%的Fe_2O_3/γ-Al_2O_3催化剂的表面总酸量和酸密度最大,尤其是中强酸含量最多,其催化乙醇脱水制乙烯的性能最佳。以Fe_2O_3负载量为0.5%的Fe_2O_3/γ-Al_2O_3为催化剂,在反应温度380℃、原料乙醇质量分数92.4%、液态空速1.2h~(-1)的反应条件下,乙烯收率可达98.5%。     

NiSO_4/γ-Al_2O_3对2-丁烯齐聚反应的催化作用

研究了NiSO_4/γ-Al_2O_3催化剂的制备方法及其对2-丁烯齐聚反应的催化作用。考察了各种氧化物载体的影响,并在一定条件下对负载于γ-Al_2O_3的各种硫酸盐催化剂做了比较。通过NaOH对NiSO_4/γ-Al_2O_3催化剂的中毒作用,发现2-丁烯的齐聚催化性能只与催化剂的H_0≤-3.0的酸中心有关,并提出反应主要通过酸催化机理进行。     

负载型Fe_2(SO_4)_3-NiSO_4/γ-Al_2O_3催化剂制备条件对异丁烯齐聚反应性能的影响

以Fe_2(SO_4)_3和NiSO_4为原料,采用浸渍法制备了Fe_2(SO_4)_3-(NiSO_4)/γ-Al_2O_3催化剂用于异丁烯齐聚反应,考察了催化剂成型、焙烧温度、载Fe量和Fe/Ni原子比对异丁烯齐聚反应的影响。实验结果表明,催化剂成型后,反应活性有所降低,但目的产物的选择性明显提高,选择的成型催化剂为三叶草外形、直径1.2 mm、长度2 mm。适宜的催化剂制备条件为:催化剂焙烧温度为400℃或600℃、载Fe量为8%(w)和5%(w)、Fe/Ni原子比在(1∶4)~(1∶3)之间和(3∶1)~(4∶1)之间,在上述条件下,二聚物的选择性相对较高,三聚物的选择性相对较低,转化率适中,综合反应性能较好。     

固体超强酸SO_4~(2-)/SnO_2-Al_2O_3催化合成富马酸单环己酯

以固体超强酸SO_4~(2-)/SnO_2-Al_2O_3为催化剂,马来酸酐和环己醇为原料,经酯化-异构化反应一步合成富马酸单环己酯。考察了催化剂制备条件及反应条件对富马酸单环己酯收率的影响,并采用GC-MS和FTIR技术对产物进行了表征分析。实验结果表明,适宜的SO_4~(2-)/SnO_2-Al_2O_3催化剂制备条件为:n(Sn)∶n(A1)=9.5∶1、浸渍液硫酸的浓度3.0 mol/L、焙烧温度550℃、焙烧时间3 h。由正交实验得到合成富马酸单环己酯的优化反应条件为:环己醇与马来酸酐的摩尔比2.0∶1、SO_4~(2-)/SnO_2-Al_2O_3催化剂用量0.6 g、反应温度125℃、反应时间4 h。在此条件下,富马酸单环己酯的收率可达76.61%。SO_4~(2-)/SnO_2-Al_2O_3催化剂具有较好的重复使用性能。     

Ce-SO_4~(2-)/Al_2O_3催化合成乙酸正丁酯的研究

以拟薄水铝石在500℃焙烧制取的γ-Al_2O_3为载体,利用Ce(SO_4)_2-H_2SO_4溶液浸渍法用对γ-Al_2O_3改性,制备Ce-SO_2-4/Al_2O_3固体催化剂。通过X射线衍射(XRD)、红外光谱(IR)、扫描电镜(SEM)、N_2吸附-脱附等分析方法对催化剂进行了表征。结果表明活性组分的负载对载体Al_2O_3的结构产生了较大的影响,由原来的片状结构变为粒状结构,BET表面积由原来314.3m~2/g增大到346.3m~2/g。颗粒堆积后产生介孔范围的孔道,平均孔径约为5.29nm。将Ce-SO_4~(_2)/Al_2O_3催化剂应用于催化合成乙酸正丁酯具有良好的催化活性,在n(冰乙酸)∶n(正丁醇)=1∶1.0、m(催化剂)∶m(冰乙酸)=0.05∶1、反应3h条件下,酯化率可达93.42%。     

助剂MnO_2对Na_2CO_3-γ-Al_2O_3吸附SO_2和NO性能的影响

在固定床上,通过在Na_2CO_3-γ-Al_2O_3表面添加MnO_2助剂制备了Mn-Na_2CO_3-γ-Al_2O_3吸附剂,研究了其对SO_2和NO吸附性能的影响。实验结果表明,MnO_2负载量对Mn-Na_2CO_3-γ-Al_2O_3吸附SO_2和NO的性能有一定影响,MnO_2的最佳负载量为3%～5%(w)。MnO_2的添加不仅保持了Na_2CO_3-γ-Al_2O_3表面SO_2和NO原有的吸附性质,还将Na_2CO_3-γ-Al_2O_3的最佳吸附温度从90℃降至20～50℃;在吸附温度50℃下,Mn-Na_2CO_3-γ-Al_2O_3吸附SO_2和NO的吸附容量比Na_2CO_3-γ-Al_2O_3分别提高了35.1%和44.1%。MnO_2的添加,提高了Na_2CO_3-γ-Al_2O_3表面晶格氧的含量,促进了SO_2和NO的氧化反应,提高了Na_2CO_3-γ-Al_2O_3吸附SO_2和NO的性能。     

γ-Al_2O_3负载磷钨酸催化合成乙二醇二甲醚

采用过量浸渍法制备γ-Al_2O_3负载磷钨酸(PW)系列催化剂,并在固定床反应器上考察了系列催化剂对二甲醚(DME)与环氧乙烷(EO)合成乙二醇二甲醚(DMEG)反应性能的影响;优化了PW负载量、反应温度、反应压力、原料配比以及气态空速等反应条件。采用XRD和NH_3-TPD方法表征了催化剂的分散性及酸性。表征结果显示,低PW负载量试样在γ-Al_2O_3表面高度分散,高PW负载量试样在γ-Al_2O_3表面聚集形成晶体;PW负载量为40%(w)的试样在γ-Al_2O_3表面呈现最大分散,40%PW/γ-Al_2O_3催化剂具有最大酸量。实验结果表明,40%PW/γ-Al_2O_3催化EO与DME合成DMEG反应,在n(DME)∶n(EO)=3、反应温度348 K、GHSV=1 500 h~(-1)、反应压力0.60 MPa的最优反应条件下,EO转化率为100%,DMEG选择性可达52.1%。     

SO_4~(2-)/Fe_2O_3超强酸催化剂的制备及其对乙酸/丁醇酯化反应的催化作用

SO_4~2/Fe_2O_3超强酸是由3种来源的Fe_2O_3制备而成。研究了H_2SO_4浓度、焙烧温度、以及其它制备条件对催化活性的影响。实验结果表明:3种SO_4~(2-)/Fe_2O_3对乙酸/丁醇的酯化反应均有活性。最佳结果是在2h之内,转化率>90％。经XRD分析,在SO_4~2/Fe_2O_3中无硫酸盐存在。     

载气对SO_4~(2-)/ZrO_2-Al_2O_3催化正丁烷异构化反应性能的影响

采用"沉淀-浸渍"法制备SO_4~(2-)/ZrO_2-Al_2O_3催化剂,在常压、200℃的反应条件下,在固定床微型反应评价装置上考察了氮气、氢气以及氢氮混合气载气对SO_4~(2-)/ZrO_2-Al_2O_3催化正丁烷异构化反应性能的影响。结果表明:惰性的氮气仅仅起到稀释原料和中间产物浓度的作用;氢气在该反应中是非惰性的,除稀释作用外,还与催化剂发生相互作用,既能与正丁烷分子在活性中心上发生竞争吸附,还能提高中间物种和产物分子从催化剂表面上脱附的能力,从而减缓催化剂的失活速率。其中,与催化剂的相互作用是其提高催化剂稳定性的关键因素。     

MgO添加对Ag/γ-Al_2O_3-TiO_2催化剂催化燃烧丙烷的影响

采用分步浸渍法制备了一系列掺杂的Ag/MgO(x)/γ-Al_2O_3-TiO_2催化剂,利用BET,XRD,TEM,XPS等分析方法对催化剂进行表征,并考察了催化剂催化燃烧丙烷的性能。实验结果表明,添加MgO能够影响活性组分Ag的化学状态,与Ag/γ-Al_2O_3-TiO_2催化剂相比,添加MgO虽然明显抑制了Ag/MgO(x)/γ-Al_2O_3-TiO_2催化剂表面Ag粒子的分散,但能够显著提高Ag0和活性氧物种的含量,从而提高了银基催化剂在丙烷催化燃烧反应中的活性。当MgO的负载量为15%(w)时,在305℃时丙烷转化率达90%,表明该催化剂具有较好的活性。     

碱金属改性的MnCu/γ-Al_2O_3催化剂催化分解N_2O性能

以γ-Al_2O_3为载体,采用浸渍法制备了MnCu复合金属氧化物负载量不同的MnCu/γ-Al_2O_3催化剂。考察了不同碱金属(Na、K、Rb)改性对MnCu/γ-Al_2O_3催化剂催化分解N_2O反应性能的影响。采用XRD、BET、H2-TPR、XPS和SEM等手段表征催化剂。结果表明,对于MnCu/γ-Al_2O_3催化剂,适宜的MnCu复合金属氧化物负载量为20%(Cat-20),此时添加碱金属K、Rb使Cat-20催化剂Mn—O键和Cu—O键弱化,降低了催化剂的还原温度,提高了Mn4+/Mn3+原子比,从而有利于提高Cat-20催化剂催化分解N_2O反应性能。当添加K、Rb的质量分数分别为6%时,Cat-20-K(6)和Cat-20-Rb(6)均具有相对较高的催化分解N_2O反应活性,其对应的N_2O完全转化的反应温度分别为510℃和500℃,而Na的添加对催化剂活性影响较小。     

CrO_x/Al_2O_3丙烷脱氢催化剂性能研究

采用浸渍法制备了一系列CrO_x/γ-Al_2O_3催化剂样品,使用BET、XRD、XRF、XPS、SEM、NH3-TPD、UV-Vis、FT-IR等技术对催化剂进行了表征,在固定床反应器上考察了Cr_2O_3负载量及反应条件对催化剂的丙烷脱氢反应性能的影响。结果表明,活性组分在催化剂中主要以Cr_2O_3形式存在,为获得最好的催化脱氢性能,催化剂中Cr_2O_3最佳质量分数为18%~20%,最佳反应温度为590~610℃、丙烷体积空速为750~1000h-1。通过活性位分析,表明催化脱氢反应主活性位是硬Cr~(6+)和Cr~(3+)。硬Cr~(6+)的活性比Cr~(3+)高,然而随反应进行硬Cr~(6+)也会被还原,这导致催化活性逐渐降低。     

硫酸铁-硫酸镍复合系列烯烃叠合催化剂的研究Ⅲ.Fe(2/3)xNi1-xSO4-P2O5/γ-Al2O3对1-丁烯叠合的催化性能

研究了Fe(2/3)xNi1-xSO4-P2O5/γ -Al2O3催化剂对1-丁烯叠合反应的催化性能,考察了催化剂n(F e)/n(Fe+Ni)比、焙烧温度、担载量及载体等对催化性能的影响.结果表明,n(Fe)/n(Fe+Ni)=0.72的Fe0.53Ni0.21SO4复合盐,以P2O5为助剂、中孔γ-Al2O3为载体、用浸渍法担载、担载量为2.36 mmol/g(γ-Al2O3)催化剂的催化活性最高.催化剂的最佳活化条件为450 ℃下N2气流中活化4 h.1-丁烯叠合反应的最佳反应条件为:P=3.0 MPa, t=70～90 ℃,LHSV=1.0～2.0 h-1.在该条件下1-丁烯转化率为85%～95%, 二聚选择性为80%～90%,三聚选择性为11%～26%,四聚以上的选择性为3%～9%.经200 h稳定性实验,1-丁烯转化率保持在90%左右,表明该催化剂不仅具有高活性,还具有良好的稳定性.     

SO_4~(2-)/ZrO_2/Fe_3O_4/TiO_2磁性固体酸催化剂的制备与性能

采用化学共沉淀法制备了SO_4~(2-)/ZrO_2/Fe_3O_4/TiO_2磁性固体酸,利用X射线衍射、示差扫描量热、M(o|¨)ssbauer谱、透射电子显微镜、NH_3-程序升温脱附、N_2吸附-脱附、磁滞回线等手段对磁性固体酸的结构与性质进行了表征。表征结果显示,磁性基质Fe_3O_4及TiO_2的引入有利于四方晶相ZrO_2(t)的稳定;ZrO_2晶体生长取向于ZrO_2(t)的(101)方向,(101)晶面间距为0.293 nm;M(o|¨)ssbauer谱中双峰的存在表明磁性基质Fe_3O_4的存在;在室温下磁性固体酸具有超顺磁性。以乙酸乙酯的合成为探针反应,考察了SO_4~(2-)/ZrO_2/Fe_3O_4/TiO_2磁性固体酸催化剂的催化性能,实验结果表明,外加磁场使酯化反应的醋酸转化率提高到92%。     

Cu/m-ZrO_2和Cu/γ-Al_2O_3对乙醇还原氨化制乙腈反应催化性能的比较

合成了Cu/m-ZrO_2催化剂,采用NH_2-TPD、CO_2-TPD、XRD、H_3-TPR和N_2O分解等手段对其进行了表征,考察了不同Cu负载量的Cu/m-ZrO_2和Cu/γ-Al_2O_3催化乙醇氨化还原合成乙腈效果,NH_3-TPD和CO_2-TPD结果表明,m-ZrO_2同时拥有酸中心和碱中心,而γ-Al_2O_3仅具有酸性中心。XRD和H_2-TPR进一步确定Cu/m-ZrO_2上存在高分散和集聚态2种CuO,而Cu/γ-A1_2O_3上可能存在CuO和CuAl_2O_4 2种Cu物种,催化效果与CuO状态密切相关。在低Cu负载量(如质量分数5%)的条件下,在催化乙醇氨化还原合成乙腈的反应中,Cu/m-ZrO_2比Cu/γ-Al_2O_3具有更高的催化活性和稳定性。     

γ-Al_2O_3负载钴铜复合氧化物的制备及其催化分解N_2O性能

采用等体积浸渍法制备γ-Al_2O_3负载钴铜复合氧化物催化剂(Co9Cux/γ-Al_2O_3),利用XRD,BET,H_2-TPR等手段对催化剂进行表征。考察了Cu负载量、有无O_2存在等对催化剂活性的影响,研究了催化剂的催化机理及其稳定性。表征结果显示,Co_9Cu_x/γ-Al_2O_3催化剂具有尖晶石结构,随Cu负载量的增加,催化剂的比表面积下降,CuO还原峰向低温区移动,Cu的负载量达15%(w)时,继续增加Cu负载量,催化剂比表面积基本保持不变,钴系氧化物的存在提高了催化剂活性。实验结果表明,Co9Cu15/γ-Al_2O_3催化剂的活性最高,N2O转化率在565℃时达100%;Co9Cu15/γ-Al_2O_3催化剂具有良好的稳定性,在有O_2条件下,560℃连续催化分解N_2O反应24 h,N_2O转化率仍大于97%。     

硫酸负载对Pt/SO_(4)^(2-)-(ZrO_(2)-Al_(2)O_(3))催化剂性能的影响

采用共沉淀-浸渍法制备了系列硫酸负载催化剂Pt/SO_(4)^(2-)-(ZrO_(2)-Al_(2)O_(3)),利用X射线衍射仪、物理吸附仪、红外光谱仪等对其进行了表征,并在固定床微型反应装置上对其催化异丁烷正构化反应性能进行了评价。结果表明:硫酸单层分散于载体表面,硫酸负载不利于四方晶相ZrO_(2)长大;随着硫酸负载量的增加,催化剂介孔结构的有序性增强且孔径减小,孔径最小降为3.41 nm,孔容可提高至0.091 cm^(3)/g,比表面积增至100 m^(2)/g以上;在反应温度为250℃的条件下,硫酸负载量为15%时,异丁烷转化率高达41.74%;硫酸负载量为2%时,正丁烷选择性最高为93.91%。     

甲烷催化部分氧化制取合成气的研究——Ⅰ.负载型Ni/α-Al_2O_3催化剂的研究

采用固定床流动反应装置研究了Ni/α-Al_2O_3对甲烷部分氧化制合成气的催化活性,考察了不同镍负载量、CH_4/O_2配比、反应温度、压力等因素对催化剂性能的影响。结果表明,在催化剂用量0.5ml,碳空速1.5×10~5h~(-1)的条件下,负载型Ni/α-Al_2O_3对甲烷部分氧化具有较好的催化活性,CO和H_2的选择性随着反应温度的升高或压力的降低而增加,发现12%(mass)Ni/α-Al_2O_3的活性较好,具有一定的抗积炭性能。     

KF-γ-Al_2O_3催化正丁醛自缩合合成辛烯醛

催化正丁醛自缩合生成辛烯醛的反应是工业上生产有机化工原料辛醇(2-乙基己醇)的重要反应。笔者对该反应所需的酸碱双功能催化剂进行筛选,然后采用筛选出的催化剂,考察了反应条件对正丁醛自缩合反应的影响。结果表明,该反应适宜的酸碱双功能催化剂为KF与γ-Al_2O_3质量比为9.0的KF-γ-Al_2O_3。最佳的反应条件为KF-γ-Al_2O_3与正丁醛质量比0.10、反应温度为120℃、反应时间为6h,此时,正丁醛的转化率为99.0%,辛烯醛的收率和选择性分别为98.1%和99.1%。KF和γ-Al_2O_3的协同催化作用促进了KF-γ-Al_2O_3催化体系对正丁醛自缩合反应催化性能的提高。在此基础上,推测了KF-γ-Al_2O_3催化正丁醛自缩合反应的酸碱协同作用机理。