磷钨酸/氧化锆催化剂催化氧化柴油脱硫

采用过饱和浸渍法制备了负载型催化剂HPW/ZrO_2(HPW为磷钨酸),利用XRD、FTIR和N_2吸附-脱附方法对催化剂进行了表征。以H_2O_2为氧化剂、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为相转移催化剂,对比研究了HPW和HPW/ZrO_2催化剂的氧化脱硫性能,同时考察了氧化反应条件、催化剂的循环使用性能和氧化反应动力学。实验结果表明,HPW/ZrO_2催化剂的脱硫效果优于HPW催化剂;在n(H_2O_2):n(S)=4.0、HPW/ZrO_2催化剂用量为2.5%(基于柴油质量)、CTAB用量为0.25%(基于柴油质量)、氧化温度60℃、氧化时间90 min的条件下脱硫效果最佳,柴油中硫的含量由3 647 mg/L降至72 mg/L,脱硫率达98.0%。催化剂循环使用3次后脱硫率仍达95.3%,且该氧化脱硫反应符合一级动力学。GC-SCD分析结果显示,HPW/ZrO,催化氧化法易脱除柴油中加氢法难以脱除的二苯并噻吩及其衍生物。     

疏水型固体酸催化餐饮废油合成生物柴油

对活性炭进行疏水性处理,将磷钨酸负载其上制备了具有疏水性的固体酸H3PW12O40(负载型),用于催化餐饮废油合成生物柴油。考察了原料油的游离脂肪酸含量、水含量、反应温度、催化剂用量和醇油摩尔比对反应的影响。结果表明:随着原料油中游离脂肪酸、水含量增加,产物收率略微降低;随着反应温度、催化剂用量和醇油摩尔比的增加,产物的收率增加。酸值(KOH)为2.5mg/g的原料油,在反应温度373K,催化剂与原料油质量比20%,醇油摩尔比24∶1时,反应4h,产物收率可达90%。     

负载型镁铝水滑石催化酯交换合成生物柴油

采用共沉淀法合成了镁铝水滑石,以其为载体负载K2CO3制备了负载型镁铝水滑石催化剂,用于菜籽油酯交换合成生物柴油。研究了未负载活性组分时,镁铝水滑石和焙烧后得到的镁铝复合氧化物对酯交换反应的催化活性,以及负载K2CO3后,活性组分负载量对催化剂活性的影响,并利用X射线衍射表征了焙烧前后以及负载K2CO3前后催化剂物相结构的变化。实验发现,水滑石载体和K2CO3在高温焙烧后形成的钾铝和镁钾氧化物是催化剂碱性和活性提高的重要原因。进一步优化了活性组分负载量和酯交换反应条件,以镁铝水滑石为载体,负载25%的K2CO3作为催化剂,在催化剂用量2%,醇油摩尔比12∶1,反应温度60℃,反应时间1.5h时,油脂转化率高达99%。     

负载型磷钨酸催化剂的制备及其在甲醇汽油催化改性中的应用

以SiO2为载体、磷钨酸(PW12)为主活性物质,采用浸渍法制备了PW12/SiO2催化剂,并将该催化剂用于M15甲醇汽油中的轻质组分的催化改性;考察了PW12负载量、焙烧温度、反应温度、空速、反应压力等因素对催化剂催化性能的影响。实验结果表明,在PW12负载量(相对于SiO2的质量分数)30%、焙烧温度300℃条件下制备的催化剂的作用下,在反应温度80℃、空速2 h-1、反应压力1.0 MPa的反应条件下,催化剂的活性最高,反应后7种易挥发组分甲醇、异己烷、甲基叔丁基醚、苯、甲苯、正辛烷和对二甲苯的总质量分数及饱和蒸气压均最低,分别为29.38%和57.4 kPa。采用XRD和FTIR手段对催化剂的结构进行表征。表征结果显示,负载后PW12的部分特征吸收峰发生一定程度偏移;当PW12负载量超过30%后,XRD谱图中出现了明显的PW12特征晶相衍射峰。     

负载型固体碱催化棕榈油酯交换制备生物柴油

采用浸渍法制备了KF/CaO,K2CO3/CaO,KF/γ-Al2O3,K2CO3/γ-Al2O34种负载型固体碱催化剂。考察了催化剂种类对棕榈油与甲醇进行酯交换反应的影响,并研究了催化剂重复使用的可能性。实验结果表明,4种催化剂均具有较高的活性,在催化剂中活性组分负载量为20.0%(相对于载体的质量分数)、n(甲醇):n(棕榈油)=12、m(催化剂):m(棕榈油)=0.09、反应温度65℃、反应时间6h的条件下,生物柴油的收率依次为97.3%,93.4%,77.7%,96.2%。以CaO为载体的催化剂再生后活性较低,而以γ-Al2O3为载体的催化剂再生后活性较高。X射线衍射和热重-差热分析结果显示,催化剂活性的差异与煅烧过程中活性组分和载体相互作用形成的新晶相有关,再生后催化活性的降低是由于活性组分流失所致。     

负载型磷钨酸催化苯气相硝化

研究了负载型磷钨酸对苯气相硝化反应的催化活性 ,探讨了载体、反应温度、杂多酸负载量、苯 硝酸摩尔比对硝化率的影响。试验表明 ,H3PW1 2 O40 SiO2 催化剂对苯气相硝化反应具有很好的催化活性 ,在苯 硝酸摩尔比为 2、反应温度 15 5～ 16 0℃时 ,硝基苯产率可达 90 6 %     

模板法制备CaO/ZrO_2催化剂催化菜籽油合成生物柴油

以桦木为模板,通过模板法制备了不同CaO含量的CaO/ZrO2复合氧化物固体碱催化剂,用于催化菜籽油与甲醇进行酯交换反应合成生物柴油。利用BET,XRD,XPS,SEM等手段对所制备的催化剂进行表征。实验结果表明,采用该方法制备的CaO/ZrO2催化剂具有桦木的生物形态,且桦木模板的使用有助于改善其孔道结构并提高其比表面积、孔径和孔体积;具有生物形态的复合氧化物保持了较高的碱强度,催化活性较高;当CaO/ZrO2催化剂中n(Ca)∶n(Zr)=0.3、催化剂用量(基于菜籽油的质量)8%(w)、甲醇与菜籽油的摩尔比72、反应温度150℃、反应时间6 h时,生物柴油的收率最高可达到91.0%。     

纳米催化剂在碳氢燃料和生物柴油领域中的应用

纳米材料因独特的结构特征而拥有了高效的催化性能,已被广泛应用于石油化工、能源、化学合成、生物和环保等多个领域。笔者聚焦于燃料领域,重点介绍了纳米催化剂在碳氢燃料的催化裂解及燃烧、新燃料的合成、生物柴油的制备和催化燃烧方面的应用进展,剖析了目前纳米催化剂研究中面临的问题,提出了理论结合实验推动纳米催化剂研究发展的观点。     

磷钨酸/聚乙烯醇催化膜制备生物柴油的研究

以聚乙烯醇(PVA)为载体,磷钨酸(HWP)为催化粒子,通过溶剂挥发法制备HWP/PVA催化膜,研究并优化HWP/PVA质量比、催化膜厚度、原料油中含水率、共溶剂种类、共溶剂添加量对大豆油转化率的影响。实验结果表明,经优化制备的HWP/PVA催化膜在最佳反应条件下,大豆油最大转化率达到90.6%。当原料油中的含水率≤5%(w)时,催化膜可以吸收原料油中的水分,原料油中的水分对酯交换反应影响较小。经过戊二醛交联后的催化膜较未交联催化膜重复使用性好。交联的催化膜使用6次后,大豆油转化率没有明显下降。     

微波辐射活性炭负载磷钨酸催化合成丙二酸二乙酯

研究了微波辐射下,利用活性炭负载磷钨酸作催化剂,丙二酸和乙醇为原料,催化合成丙二酸二乙酯,考察了影响反应酯化率的各主要因素其优化反应条件为:当丙二酸用量为0.15mol时,醇酸摩尔比为2.8:1,催化剂用量1.30g(磷钨酸负载量为35%时),微波辐射功率325W,微波辐射反应时间10min,带水剂(环己烷)用量8.00mL,在此条件下反应的酯化率可达97.6%实验结果还表明:在各自优化条件下,利用活性炭负载磷钨酸作催化剂,微波辐射法比常规加热法,反应速度加快了18倍,而且催化剂可多次重复使用     

负载型杂多酸催化合成烷基二苯胺

研究了以α-C14烯烃(C1=4)、二苯胺为原料,S iO2负载磷钨酸为催化剂,经烷基化反应合成抗氧剂烷基二苯胺的新工艺。探讨了磷钨酸负载量、催化剂用量、反应物配比、反应温度、反应时间等对烷基化反应的影响,获得了适宜的工艺条件:磷钨酸负载量(质量分数)40%,催化剂用量(占总反应物的质量分数)1.0%,反应温度200℃,n(二苯胺)∶n(C14=)=1∶1.1,反应时间7h。在此条件下,二苯胺的转化率为98.2%。所得产物经检测为目的产品烷基二苯胺,产品质量已达到国外同类产品的标准。催化剂经35次重复使用的实验结果表明,催化剂的稳定性良好。催化剂活性降低的主要原因是反应物和生成物覆盖了催化剂的表面。同时提出了溶剂萃取再生催化剂的方法。     

碱性助剂对负载型固体酸催化剂上异丁烯齐聚的影响

采用浸渍法制备了Al2(SO4)3/SiO2催化剂,用热重-微商热重分析、X射线衍射、氨程序升温脱附和吡啶吸附傅里叶变换红外光谱等表征手段,研究了催化剂表面活性组分的存在状态,以及添加碱性助剂NaOH对催化剂酸性质的影响。表征结果显示,添加NaOH后,不改变Al2(SO4)3在载体表面的高度分散状态;Al2(SO4)3/SiO2催化剂表面基本为B酸中心,添加NaOH后,部分中强酸中心转化为弱酸中心;在40℃的低温条件下,中强酸中心是催化异丁烯齐聚反应的活性中心。稳定性实验结果表明,添加适量的NaOH后,Al2(SO4)3/SiO2催化剂具有高且稳定的二异丁烯(DIB)选择性,二聚体中DIB的选择性在反应时间70h内始终高达95%。     

负载磷钨酸催化合成三羟甲基己烷脂肪酸酯

以自制三羟甲基己烷为原料 ,采用自制的负载磷钨酸催化剂催化合成一系列三羟甲基己烷脂肪酸酯。通过大量实验研究了影响催化剂活性和酯化率的因素 ,筛选出最佳催化剂并确定了适宜的酯化工艺条件。最佳催化剂制备条件 :载体与活性物质量比 1/ 6 ,浸渍时间 5h ,烘焙温度 32 0℃。适宜的酯化工艺条件 :反应时间 12 0min ,反应温度2 2 0℃ ,压力 0 0 2～ 0 0 4MPa,催化剂质量分数 1 8%,庚酸 /三羟甲基己烷摩尔比 3 7/ 1 0。在此条件下酯化率可达96 0 %以上 ,而且催化剂可重复使用。通过质量检测及光谱分析 ,对目标产物进行了确证。     

MCM-41负载磷钨酸催化剂的制备及其对乙酰化反应的催化性能

采用水热合成法制备了介孔分子筛 MCM-41,并利用浸渍方法将磷钨酸负载在 MCM-41分子筛上,经煅烧得到 PW/MCM-41催化剂;利用 X 射线衍射、傅里叶变换红外光谱、N_2吸附-脱附和 NH_3程序升温脱附等手段对催化剂进行了表征;考察了 PW/MCM-41催化剂对苯甲醚及1,4-二甲氧基苯的乙酰化反应的催化性能。表征结果显示,磷钨酸负载到 MCM-41分子筛上后,保持了 Keggin 结构,MCM-41分子筛保持了介孔结构。实验结果表明,PW/MCM-41催化剂的活性随磷钨酸负载量的增大而降低;磷钨酸质量分数为30%的 PW/MCM-41催化剂上反应底物的转化率最高,使用该催化剂0.8 g,以10 mL 二氯甲烷为溶剂,在苯甲醚用量0.01 mol、乙酸酐用量0.02 mol、反应温度140℃、反应时间4 h 的条件下,苯甲醚转化率可达77.0%,对甲氧基苯乙酮的选择性为96.5%。     

磷钨酸催化合成对甲氧基苯乙酮

以苯甲醚和乙酸酐为原料,在磷钨酸催化作用下,通过Friedel-Crafts酰基化反应合成了对甲氧基苯乙酮;考察了催化剂预处理温度、原料配比、催化剂用量、反应温度、反应时间、催化剂种类对产物收率的影响;考察了传统磁力搅拌加热、微波辐射、超声波辐射3种加热方式对酰基化反应的影响。实验结果表明,不同的杂多酸中磷钨酸的催化活性最好;在磷钨酸预处理温度150℃、苯甲醚0.1mol、n(乙酸酐)∶n(苯甲醚)=1.5、磷钨酸用量1.0g、反应时间4h、磁力搅拌加热、反应温度100℃的条件下,对甲氧基苯乙酮的收率为52.9%;以微波辐射方式合成的效果最好,其次是超声波辐射,两者都优于传统的磁力搅拌加热方式;磷钨酸催化剂可再生重复使用,再生焙烧温度越高,回收后的磷钨酸催化效果越好。     

用于FCC柴油氧化萃取脱硫的负载型磷钨酸催化剂和复合萃取剂

采用浸渍法制备磷钨酸(HPW)质量分数不同的半焦负载型催化剂HPW/Sc,利用扫描电镜、紫外漫反射吸收光谱和 N₂吸附-脱附分析方法表征了所制备 HPW/Sc 催化剂的结构,并在FCC 柴油的氧化萃取脱硫过程中将其作为氧化催化剂,考察了HPW 的负载量和萃取剂种类对氧化萃取脱硫率的影响。结果表明,半焦是 HPW 的良好载体,HPW 负载到半焦后保持了原有的Keggin 结构;在最优氧化反应和萃取条件下,FCC 柴油中的硫质量分数由1100 μg/g 降至89.1 μg/g, 脱硫率达到91.9%;评选出了柴油氧化萃取脱硫的专用复合萃取剂,用氢键理论和位阻效应解释了复合萃取剂可以提高回收率的原因。     

凹凸棒黏土负载型固体酸催化合成乙酰水杨酸

以凹凸棒黏土(ATP)为载体,制备了负载H~+和AlCl_3的固体酸催化剂(分别标记为H~+/ATP,AlCl_3/ATP),比较了负载前后催化剂对乙酰水杨酸合成反应的催化活性。实验结果表明,固体酸催化剂的活性高于游离酸催化剂,其中AlCl_3/ATP催化剂的活性最高。以AlCl_3/ATP为催化剂催化合成乙酰水杨酸的最佳工艺条件为:催化剂用量为5%(基于水杨酸质量),n(乙酸酐):n(水杨酸)=2.0,反应温度80℃,反应时间30 min;在此条件下,乙酰水杨酸收率达92.5%,纯度为99.5%。用FTIR和~1H NMR表征了产物结构。AlCl_3/ATP催化剂经活化再生重复使用5次后,乙酰水杨酸收率仍可达89.2%,表明AlCl_3/ATP催化剂具有一定的稳定性,可实现再生利用。