固体酸催化剂表面酸强度表征方法的研究

通过推导脱附动力学方程及确定脱附活化能参数的估值方法,建立了基于一套TPD数据确定催化剂脱附活化能的动力学模拟方法.对含不同脱附峰个数TPD数据的脱附动力学模拟结果表明,脱附活化能变化的顺序与脱附峰温的变化顺序相同,使催化剂表面酸强度的脱附峰温定性比较发展到数学层次的脱附活化能表征.各活化催化剂TPD实验数据模拟计算结果指出,随着活化温度的提高,催化剂的脱附活化能(或酸强度)呈先增大后降低的变化趋势.     

固体酸催化剂表面酸强度的程序升温脱附表征

通过推导脱附动力学方程及确定脱附活化能参数的估值方法，建立了基于单套程序升温脱附（TPD）数据确定固体酸催化剂脱附活化能的动力学模拟方法。对含不同脱附峰数的TPD数据的脱附动力学模拟结果表明，脱附活化能变化的顺序与脱附峰温度的变化顺序相同，使对催化剂表面酸强度的脱附峰温度的定性比较发展为数学层次的脱附活化能表征。不同温度活化的催化剂的TPD实验数据模拟结果表明，随着活化温度的提高，催化剂的脱附活化能（或酸强度）的变化呈先增大后降低的趋势。与确定脱附活化能的多套数据法相比，单套数据法具有操作简便、结果可靠的优点。     

催化剂酸性的程序升温脱附表征与动力学评价

在确定程序升温脱附动力学模型的基础上,通过固体酸催化剂的程序升温脱附(TPD)实验和模型参数估值,建立了用一组程序升温脱附实验数据表征催化剂表面酸密度、酸强度及酸强度分布的动力学模拟新方法.研究结果表明,所表征分子筛固体酸催化剂的正丙胺TPD过程符合2级脱附规律;随着活化温度的提高,该分子筛固体酸催化剂的酸强度和酸密度均先提高后降低,并分别在350℃和250℃活化温度呈极大值.     

脱铝HY分子筛酸中心结构与酸性的固体NMR研究

分子筛的催化活性与酸性质密切相关,其酸性质与酸中心结构紧密相关。制备不同温度焙烧的脱铝HY分子筛,利用固体核磁共振结合探针分子技术,探讨了脱铝HY型分子筛的酸中心结构 (Al的配位状态)、酸性以及两者之间的对应关系。结果表明,在空气中焙烧NH₄Y时,焙烧温度越高,形成的非骨架铝物种越多;高温焙烧的脱铝HY分子筛中存在3种非骨架铝物种,分别为四配位、五配位和六配位非骨架铝。铝配位状态决定了酸类型及酸强度,骨架四配位铝对应于B酸位,非骨架六配位、五配位及四配位铝物种均对应于L酸位;非骨架铝物种的存在导致了B酸位的酸性增强。     

噻吩在改性Y分子筛上的脱附行为

采用程序升温脱附(TPD)和红外(FT-IR)技术测定了噻吩在NaY、NiY和CeY上的程序升温脱附曲线及其FT-IR谱图.对非等温TPD曲线进行解析,并采用活化能分布模型计算了噻吩在这3种吸附剂上的脱附活化能.结果表明,噻吩在NaY上为物理吸附,其脱附活化能较小;NiY与CeY表面对噻吩的吸附是非均匀的,有多个活性中心,噻吩在这2种吸附剂上除物理吸附外,均有化学吸附,且其脱附活化能较大;噻吩在CeY分子筛上的吸附脱除主要以催化反应为主,在NiY分子筛上的吸附脱除主要以与S-M的相互作用为主.     

分子筛催化剂的酸性表征及研究进展

综述了近年来分子筛表面酸性的表征与研究进展,主要介绍了吸附指示剂滴定法、程序升温脱附法、红外光谱法和核磁共振法,并比较了这些方法的优缺点。目前,人们广泛使用的是程序升温脱附法和红外光谱法,前者可以准确地分析总酸量和酸强度,但不能区分酸的类型;后者虽然可以区分B酸和L酸,但对酸强度和总酸量的定量分析不是很理想。随着固体核磁共振方法和高场光谱仪的发展,固体核磁共振已经成为解决分子筛体系中各种基本科学问题的重要工具。     

乙二胺在沸石分子筛上的TPD研究

以程序升温脱附(TPD)为主要试验手段,对乙二胺在5种不同沸石分子筛上的吸附、脱附行为进行了研究。结果表明,沸石分子筛对乙二胺有着较强的吸附作用,但不同的沸石分子筛对乙二胺的吸附能力受其结构和表面酸性特征的影响而有所不同;适用于交联条件的有效吸附部位为一与沸石分子筛表面酸性有关的弱化学吸附位;乙二胺从不同沸石分子筛表面脱附的动力学与晶内扩散有关,其表观脱附活化能分别为:69.9kJ/mol(5A)、78.3kJ/mol(13X)、22.4kJ/mol(菱沸石)、37.5kJ/m0l(NaY)、44.7kJ/mol(ZSM-5)。     

稀土含量对Y型分子筛催化性能的影响

采用离子交换法制备了不同稀土含量的Y型分子筛(REY),并采用X射线衍射对其进行表征,并采用NH3程序升温热脱附法和吡啶红外光谱法考察了其酸性.结果表明,稀土离子已进入Y分子筛的晶格位置,XRD谱上未出现稀土氧化物的特征衍射峰.与稀土含量较低的Y分子筛相比,高稀土含量的Y分子筛拥有较少的L酸中心(151 μmol/g)和较多的强酸中心.由REY分子筛制备的模型催化剂的催化裂化催化性能进一步反映了分子筛酸性随稀土含量的变化规律,随着稀土含量的增加,催化剂的重油产率由5.93%降低到5.15%.此外,稀土离子有抑制骨架Al原子脱出的作用.     

非骨架铝形态对HY分子筛B酸强度的影响

利用周期性的密度泛函理论,研究了HY分子筛中加入[AlO]+和[Al(OH)]2+非骨架物种时对B酸强度的影响。去质子化能和氨气吸附能结果表明：[AlO]+和[Al(OH)]2+非骨架物种的加入可增强B酸强度,增强B酸强度能力[Al(OH)]2+物种强于[AlO]+物种;NH3在B酸位上吸附后会抢夺B酸的H原子变成NH4+,NH3作为给电子体系将电子转移给分子筛的B酸活性中心,B酸的酸性越强,转移的电子越多。通过几何结构参数和电子性质分析,发现非骨架物种对B酸结构的影响较小,但会影响分子筛骨架的电子结构,从而影响其酸性。     

在HY沸石上催化合成己二酸二异辛酯

用ＨＹ沸石催化剂合成了己二酸二异辛酯，用ＮＨ３－ＴＰＤ和ＩＲ法研究了ＨＹ沸石催化剂的表面酸性。结果表明，ＨＹ沸石用于己二酸二异辛酯的合成，具有很高的催化活性、选择性和重复使用性。当ＨＹ沸石的焙烧温度为５００℃、反应温度为１２２～１３０℃，ｎ（２－乙基己醇）∶ｎ（己二酸）＝２∶１和反应时间为４ｈ时，己二酸二异辛酯的产率可达９７．８９％。     

高压CO_2存在下的乙醇/乙酸酯化反应

研究了以HY沸石为催化剂、高压CO2作为反应介质的乙醇/乙酸酯化反应,考察了CO2压力对反应速率和平衡转化率的影响。实验结果表明,CO2作为反应介质可以明显提高反应的平衡转化率,在60℃、乙酸/乙醇摩尔比为1、二氧化碳分压为4.0 MPa的条件下,反应的平衡转化率可由无CO2时的63.0％提高到72.5％。根据反应过程中气液两相组成的区别,进一步讨论了CO2推动酯化反应平衡的作用机理。     

Al原子分布对Y型分子筛酸强度的影响

构建了120T Y型分子筛簇模型,采用量子化学方法研究了Al原子落在酸中心NNN(Next nearest neighbor,3N)位、NNNN(Next next nearest neighbor,4N)位以及更远位置时对Y型分子筛酸强度的影响.结果表明:Al原子落位在NNN和NNNN位时,Y型分子筛酸强度降低;当落...     

HY沸石催化剂催化苯酚和三氯乙醛的二次缩合反应

以三氯乙醛为亲电试剂,在HY沸石催化剂上实现了苯酚和三氯乙醛的二次缩合反应。研究了反应温度、时间、催化剂(催化剂用量、硅铝比、催化剂失活、回收和再生)、溶剂、原料配比、投料方式等反应参数对二次缩合反应的影响,筛选了催化剂,优化了反应参数。研究结果表明,硅铝比较高的HY沸石催化剂,Brnsted酸位较少,和含有孤对电子的酚羟基氧的相互作用较弱,保证了芳环的亲核性,可以较好地催化苯酚和三氯乙醛的二次缩合反应。     

HY分子筛催化甲苯与叔丁醇烷基化的研究

采用HY分子筛催化剂进行甲苯与叔丁醇的烷基化反应,开展了催化剂制备、红外酸性表征及反应条件研究。研究结果表明,催化剂较佳的分子筛含量为60％,适宜的催化剂焙烧、温度为550℃;较佳的烷基化条件为反应温度200℃、时间4h、压力1．0MPa、甲苯与叔丁醇摩尔比6、空速4h^-1,甲苯转化率达到33．97％,反应产物主要是对叔丁基甲苯;催化剂B酸中心对烷基化催化性能影响显著,随着催化剂B酸量／L酸量比值的增大,甲苯转化率和对叔丁基甲苯选择性均呈现增大的变化趋势。失活催化剂经过洗涤再生,其活性得到部分恢复。     

超稳Y沸石负载杂多酸催化剂的制备、表征及催化性能 Ⅰ.制备及表征

采用过量浸渍法制备了一系列超稳Y沸石(USY)负载磷钨酸(PW)催化剂,并用XRD、热分析、N2吸附、NH3-TPD和IR等手段对其物化性质进行了详细的表征。结果表明,负载磷钨酸后,试样仍然保持较大的比表面积和与USY相近的二次中孔体积。负载量达30%时,磷钨酸仍在USY表面高度分散。与纯磷钨酸相比,PW/USY试样的热稳定性显著提高。PW/USY的酸量较磷钨酸和USY均有较大提高,在负载量为10%处酸量最大,负载量进一步增大,酸量下降,酸强度提高。PW/USY试样同时存在B酸和L酸中心,PW与USY之间可能存在弱相互作用。     

氨肟化工艺失活HTS分子筛酸性质对其催化氧化性能的影响

采用NH₃-TPD和吸附吡啶红外光谱对工业失活HTS分子筛的酸性质进行了表征,并采用苯酚羟基化活性评价和H₂O₂分解实验结果探析HTS分子筛的失活原因。结果表明,失活HTS分子筛中出现大量Brönsted酸,且Lewis酸量显著增加,呈现出弱酸、中强酸和强酸3种强度分布。根据田部浩三规则分析,可以确定Brönsted和Lewis酸来源于失活HTS分子筛颗粒表面的无定型TiO₂-SiO₂二元氧化物团簇。骨架四配位Ti物种催化氧化有机物的反应与无定型含Ti团簇催化H₂O₂分解反应互为竞争反应,骨架Ti含量下降和无定型含Ti物种增加是引起HTS分子筛失活的主要原因。     

固体酸催化剂酸性分析方法的研究进展

介绍了固体酸催化剂酸性分析方法的研究进展,主要介绍了胺滴定法、红外光谱法、核磁共振法、程序升温脱附法及热分析法,并比较了这些分析方法的优缺点。目前人们广泛采用的是程序升温脱附和红外光谱法,前者可准确分析总酸量和酸强度,但无法区分酸的类型;而吡啶吸附红外光谱法可区分B酸和L酸,但对酸强度及总酸量的定量分析方面不很理想。新发展起来的31P核磁共振技术可较好地实现B酸和L酸的酸中心分布、酸量及酸强度的定性和定量分析。     

FAU分子筛骨架中Al原子的分布规律及对BrØnsted酸强度的影响

采用量子力学/分子力学(QM/MM)相结合的方法研究了Al原子在FAU分子筛骨架中的分布和其对Brønsted酸强度的影响,分别计算了不同Al原子数目簇模型的Al/Si取代能和Brønsted酸中心的去质子能。结果表明：方钠石笼中Al原子数目小于6时,Al原子在骨架中呈有序分布;当Al原子数目大于6时,分子筛骨架结构稳定性降低,后续新增的Al原子在骨架中呈无序分布;在超笼结构单元中,Al原子优先落位在六元环,且与在四元环中的落位呈交替循环趋势;随着方钠石笼中Al原子数目的增加,Brønsted酸强度呈非线性趋势下降。次邻近(NNN)位置的Al原子对Brønsted酸中心H质子的电子诱导作用要强于下一个次邻近(NNNN)位置的Al原子,且随着Al原子数目的增加,前者对Brønsted酸强度的影响幅度更大。