CuSiO2表面性质对甲醇脱氢反应性能的影响
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《基于二氧化钛的催化剂光催化甲醇直接脱氢性能及反应机理研究》篇一一、引言随着能源危机和环境问题的日益突出,开发高效、清洁、可持续的能源转化技术已成为当前研究的热点。
甲醇作为一种潜在的生物质能源,其直接脱氢制备甲醛或氢气等高附加值化学品,具有重要的应用价值。
其中,基于二氧化钛(TiO2)的催化剂光催化甲醇直接脱氢技术因其环境友好、操作简便等优点备受关注。
本文旨在研究基于二氧化钛的催化剂光催化甲醇直接脱氢的性能及反应机理,为该领域的研究提供理论依据。
二、研究方法本研究采用二氧化钛为催化剂,对甲醇进行光催化直接脱氢。
通过改变二氧化钛的晶体结构、晶粒尺寸及表面性质等因素,考察其对甲醇脱氢性能的影响。
采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等手段对催化剂的微观结构进行表征。
通过光谱分析、质谱分析等手段,对反应过程进行监测和分析。
三、基于二氧化钛的催化剂光催化甲醇直接脱氢性能(一)催化剂性质对甲醇脱氢性能的影响研究发现,二氧化钛的晶体结构、晶粒尺寸及表面性质对甲醇脱氢性能具有显著影响。
其中,锐钛矿型二氧化钛具有较高的光催化活性,有利于甲醇的脱氢反应。
此外,较小的晶粒尺寸和较高的比表面积也有助于提高催化剂的活性。
在光照条件下,二氧化钛表面的光生电子和空穴能够有效激活甲醇分子,促进其脱氢反应。
(二)反应条件对甲醇脱氢性能的影响反应条件如光照强度、温度、压力等也会对甲醇脱氢性能产生影响。
实验结果表明,适当的光照强度和温度有利于提高甲醇的脱氢速率和产物选择性。
过高或过低的温度和光照强度均会导致催化剂活性降低,甚至使催化剂失活。
此外,反应压力对甲醇脱氢性能的影响较小,但在高压下有利于提高产物的收集效率。
四、反应机理研究(一)催化剂表面反应过程在光照条件下,二氧化钛表面的光生电子和空穴能够激活甲醇分子,使其发生断键和重排等反应。
其中,光生电子主要参与甲醇分子的还原反应,而空穴则参与氧化反应。
不同体系催化剂对甲醇还原no的影响不同体系催化剂对甲醇还原NO的影响在环境科学和催化化学领域,减少氮氧化物(NOx)排放一直是一个重要的研究课题。
NOx排放物是大气污染的主要来源之一,对空气质量和人类健康造成严重威胁。
寻找高效的催化剂用于降解和还原NOx 成为了广泛关注的问题。
在这个领域中,甲醇催化还原NO成氮气(N2)的方法备受研究者的关注。
这种方法以甲醇为还原剂,通过催化剂的作用,将NO还原为无害的氮气,从而达到减少NOx排放的目的。
然而,由于催化剂的种类繁多,其催化活性和选择性各不相同,因此深入研究不同体系催化剂对甲醇还原NO的影响,对于解决环境污染问题具有重要意义。
1. 不同催化剂体系对甲醇还原NO的活性影响甲醇催化还原NO主要涉及两种类型的催化剂:金属催化剂和氧化物催化剂。
1.1 金属催化剂金属催化剂是常用的甲醇还原NO催化剂之一,其中铂(Pt)、铜(Cu)和镍(Ni)等金属被广泛研究。
这些金属催化剂在催化反应中起到催化剂活性中心的作用,通过调节催化剂的组成和结构,可以改变其催化活性和选择性。
通过合金化改善金属催化剂的催化性能,可以显著提高甲醇还原NO的活性。
1.2 氧化物催化剂氧化物催化剂是另一类常见的甲醇还原NO催化剂,其中铈氧化物(CeO2)和钨氧化物(WO3)等氧化物被广泛研究。
这些氧化物催化剂具有良好的催化性能,对甲醇还原NO具有较高的活性和选择性。
氧化物催化剂具有良好的热稳定性和抗中毒性,能够在高温和富氧环境中保持催化活性。
2. 不同催化剂体系对甲醇还原NO的选择性影响催化剂的选择性是指在反应过程中,是否能够选择性地将NO还原为氮气,同时避免产生其他有害物质的生成。
在甲醇催化还原NO的反应中,选择性是一个关键的指标,对于减少氮氧化物排放具有重要作用。
2.1 金属催化剂的选择性金属催化剂在甲醇催化还原NO反应中往往具有较高的选择性。
通过调控催化剂的组成和结构,可以提高对NO的选择性,同时降低对氮氧化物的选择性。
化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2024 年第 43 卷第 3 期锆改性Cu/SiO 2催化剂催化3-羟基丙酸甲酯选择性加氢李伟杰,康金灿,张传明,林丽娜,李昌鑫,朱红平(厦门大学化学化工学院,固体表面物理化学国家重点实验室,醇醚酯化工清洁生产国家工程实验室,福建 厦门361005)摘要:采用蒸氨法制备了锆(Zr )改性的Cu/SiO 2催化剂,用于3-羟基丙酸甲酯(3-HMP )气相加氢制1,3-丙二醇(1,3-PDO )。
采用比表面积及孔分布测试、XRD 、ICP-OES 、H 2-TPR 、NH 3-TPD 、CO 2-TPD 、FTIR 、TG-DTG 、HRTEM 、XPS 和AES 等手段对催化剂进行了详细表征,发现Zr 物种的加入使得Cu 和Zr 物种之间发生了强相互作用,产生了较多的层状硅酸铜,在结构方面提高了催化剂的比表面积,降低了铜物种的粒径,促进铜物种的分散,且在电子调控方面提高了Cu +的含量,增强了催化剂吸附酰基和甲氧基的能力。
与未改性的Cu/SiO 2催化剂相比,在相同反应条件下,Zr 掺杂量为0.5%的Cu/SiO 2催化剂表现出更高的催化性能,获得3-羟基丙酸甲酯转化率为96.0%和1,3-丙二醇选择性为84.3%,1,3-PDO 的总收率达80.9%。
这是目前在高液时空速0.10h -1的条件下取得的最佳结果。
关键词:3-羟基丙酸甲酯;加氢;1,3-丙二醇;铜/二氧化硅;Zr 改性中图分类号:O643.38;TQ426 文献标志码:A 文章编号:1000-6613(2024)03-1328-14Selective hydrogenation of methyl 3-hydroxypropionate over zirconium-modified Cu/SiO 2 catalystsLI Weijie ,KANG Jincan ,ZHANG Chuanming ,LIN Lina ,LI Changxin ,ZHU Hongping(State Key Laboratory of Physical Chemistry of Solid Surfaces, National Engineering Laboratory for Green ChemicalProductions of Alcohols-Ethers-Esters, College of Chemistry and Chemical Engineering, Xiamen University, Xiamen361005, Fujian, China)Abstract: A series of the zirconium (Zr)-modified Cu/SiO 2 catalysts were synthesized by ammonia-evaporation method and applied in the gas-phase hydrogenation of methyl 3-hydroxypropionate (3-HMP) to 1,3-propanediol (1,3-PDO). N 2 adsorption-desorption, XRD, ICP-OES, H 2-TPR, NH 3-TPD, CO 2-TPD, FTIR, TG-DTG, HRTEM, XPS and AES techniques were used for detailed characterizations. Introduction of the Zr species results in a strong interactions between the Cu and Zr species, leading to the generation of more copper phyllosilicate, and thus increasing the specific surface area of the catalyst as well as reducing the particle sizes of the copper species. The addition of Zr also made the copper species better be dispersed over the SiO 2 support, increased the Cu + content and enhanced the electronic absorption of the substrate 3-HMP by the acyl and methoxide groups. Compared with the unmodified Cu/SiO 2 catalyst, the Zr-added (0.5%) Cu/SiO 2 catalyst showed better catalytic performance. The conversion研究开发DOI :10.16085/j.issn.1000-6613.2023-0477收稿日期:2023-03-28;修改稿日期:2023-06-05。
第41卷2024 年 3 月应用化学CHINESE JOURNAL OF APPLIED CHEMISTRY第3期340⁃348稀土修饰对Cu/Al2O3催化乙酰丙酸乙酯加氢性能的影响商宗玲1,2,3张弨3赵凤玉1,2,3*1(中国科学院长春应用化学研究所,电分析化学国家重点实验室,长春 130022)2(中国科学技术大学应用化学与工程学院,合肥 230026)3(中国科学院长春应用化学研究所,吉林省绿色化学与过程重点实验室,长春 130022)摘要生物质催化转化制大宗化学品符合低碳战略的重要研究方向,将纤维素衍生物乙酰丙酸乙酯转化为1,4-戊二醇是最具前景的技术路线之一。
非贵金属铜基催化剂在该反应中表现出较好的活性,Cu/Al2O3在160 ℃、4 MPa H2条件下催化乙酰丙酸乙酯氢解制1,4-戊二醇收率为50.8%,经稀土改性后催化剂的活性和选择性显著提升,其中CuNd0.25/Al2O3催化剂上获得1,4-戊二醇的收率高达92.7%。
通过对催化剂性能以及X 射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、氢气程序升温还原(H2-TPR)、氢气程序升温脱附(NH3-TPD)和CO红外吸附(CO-DRIFT)等表征结果的分析发现,稀土元素的存在不仅改变了Cu活性中心的还原性质、分散度和电子结构,还改变了催化剂表面酸、碱性位点的分布。
稀土元素的修饰既促进了催化剂表面反应物的吸附与活化,又抑制了目标产物1,4-戊二醇的脱水副反应,从而提高了活性和选择性。
关键词Cu/Al2O3催化剂;稀土修饰;1,4-戊二醇;乙酰丙酸乙酯;氢解中图分类号:O643 文献标识码:A 文章编号:1000-0518(2024)03-0340-09生物质是地球上储量丰富、原料易得的可再生有机碳资源,可替代化石资源用于生产高附加值化学品和绿色燃料。
原生生物质主要由纤维素、半纤维素和木质素构成。
因此,将纤维素、木质素及其衍生物高效转化为高附加值化学品是近年来可再生资源利用和绿色能源领域的热点研究内容之一。
第26卷第5期 河池学院学报 Vol.26No.5 2006年10月 JOURNAL OF HECH IUN I V ERSI TY Oct.2006用硅粉和醇直接反应制备三甲氧基硅烷彭志远1,兰支利2,李志平1,章爱华1(1.吉首大学 化学化工学院,湖南 吉首 416000;2.湖南师范大学精细催化研究所,湖南 长沙 410081)[摘 要] 研究了硅粉原料、氯化亚铜催化剂经微波预处理直接法合成三甲氧基硅烷,利用SE M及XRD技术对预处理过的硅铜混合物进行了表征,考察了处理时间、钠盐对反应的影响。
实验结果表明,硅粉原料、氯化亚铜催化剂经微波高火档处理3m in后,合成三甲氧基硅烷,反应活性显著提高,反应馏出液中w(三甲氧基硅烷)=54.0%,w(甲醇)=36.7%;添加NaCl后,w(三甲氧基硅烷)=59.2%,w(甲醇)=28.7%。
[关键词] 微波;三甲氧基硅烷;硅粉;氯化亚铜[中图分类号] T Q264.1 [文献标识码] A [文章编号] 1672-9021(2006)05-0051-03[作者简介] 彭志远(1973-),男,湖南双峰人,吉首大学化学化工学院讲师,主要从事有机硅及精细化学品的合成与应用研究;兰支利(1968-),男,湖南邵阳人,湖南师范大学教授,主要从事有机催化合成的研究。
[基金项目] 湖南省教育厅青年科研项目资助(编号03B024);吉首大学科研项目资助。
三甲氧基硅烷(简称T MS)是生产硅烷偶联剂的重要原料。
在工业上,T MS是由三氯硅烷和甲醇反应而得[1],此工艺复杂,收率低,反应过程中伴有大量的HCl产生,腐蚀设备,污染环境,成本较高,而且产物分离提纯较困难。
研究发现T MS可以由硅粉与甲醇在铜催化剂及高沸点有机介质作用下直接反应而得到[2],反应式为: Si+3CHOH→HSi(OR)3+H23该反应最大的优点是分子经济,工艺路线环保。
但在此反应工艺中,T MS易与未反应的甲醇进一步反应生成四甲氧基硅烷(简称TT MS)。
甲醇气相脱氢法1988年,日本MGC公司首次在世界上实现该技术的工业化,建成了20 kt/a的工业化装置。
该公司研制出了良好的Cu基催化剂,反应温度250~300℃,反应压力0.3~0.5 MPa,采用固定床反应器。
甲醇单程转化率达30%~40%,MF选择性达90%以上,目的产物MF 的收率达50%,时空收率为3000 g/L•h。
国内西南化工研究院对甲醇脱氢法工艺进行了开发研究,已实现工业化,催化剂为Cu-Zn-Cr系,甲醇单程转化率40%,MF选择性80%~85%,已建成数套2 kt/a的工业化装置。
甲醇在常压、温度250℃~300℃、铜基催化剂上脱氢反应式如下:2CH3OH HCOOCH3 + 2H2主要副反应为:CH3OH CO + 2H2甲醇经预热气化并进一步换热到反应温度后进入催化脱氢反应器中,反应器用热载体加热炉循环供热,一部分甲醇脱氢生成MF;从反应器出来的反应物经热交换和冷却冷凝分离后,含部分MF的气相产物进入吸收塔,用新鲜甲醇吸收MF。
含80%~90%氢气的尾气由吸收塔顶放出,回收提纯或做其它用途;由分离器和吸收塔收集的液相产品和甲醇一起送入MF 蒸馏塔精馏分离后,塔顶得到合格的MF产品,塔底甲醇循环使用。
为了提高MF的收率,本工艺还配备一套冰机冷冻系统。
工艺流程见图2,吨产品原材料和动力消耗如表3。
图2 甲醇脱氢制MF工艺流程示意图表3 甲醇脱氢法制MF吨产品消耗指标名称消耗定额甲醇(工业一级),t 1.38脱氢催化剂,kg 1.00蒸汽,t 4.50冷却水,m3 300电,kW•h 558原料煤,t 0.40注:公用工程消耗因建厂条件不同有很大差别;电包括冷冻用电;吨产品可副产85%H2 800~1000 m3。
该法基本无大量有害污染物产生,排放物主要有:①脱氢气,吨产品排放氢尾气800 m3~1000 m3,其中含氢约85%,其余为CO、CO2、CH4等,可用作制氢的原料或作燃料。
γ-丁内酯的催化合成技术进展高松;罗灿;胡杰;肖文爽;程正载;龚凯;张卫星;吕早生【摘要】评述了γ-丁内酯的催化合成技术进展,重点阐述了1,4-丁二醇催化脱氢法和顺酐催化加氢法及2者耦合等方法催化合成γ-丁内酯催化剂方面的研究成果及合成工艺方面的技术进展,并介绍了广受γ-丁内酯合成企业关注的2种新型合成工艺技术.认为开发高效、高选择性、无毒无害的催化剂及绿色环保的新工艺,将是今后γ-丁内酯合成研究的主要方向.【期刊名称】《化工生产与技术》【年(卷),期】2015(022)001【总页数】5页(P36-40)【关键词】γ-丁内酯;催化剂;脱氢;加氢【作者】高松;罗灿;胡杰;肖文爽;程正载;龚凯;张卫星;吕早生【作者单位】武汉科技大学化学工程与技术学院湖北武汉430081;武汉科技大学化学工程与技术学院湖北武汉430081;武汉科技大学化学工程与技术学院湖北武汉430081;武汉科技大学化学工程与技术学院湖北武汉430081;武汉科技大学化学工程与技术学院湖北武汉430081;湖北省煤转化与新型炭材料重点实验室,湖北武汉430081;武汉科技大学化学工程与技术学院湖北武汉430081;武汉科技大学化学工程与技术学院湖北武汉430081;武汉科技大学化学工程与技术学院湖北武汉430081;湖北省煤转化与新型炭材料重点实验室,湖北武汉430081【正文语种】中文【中图分类】TQ231.1+2γ-丁内酯(GBL)是一种重要的精细化工中间体,在工业上用途十分广泛。
在石油工业方面可用于吸收炔烃的溶剂、芳烃、不溶于水的醇类和环状醚的萃取剂、润滑油添加剂[1];在医药工业方面,用作麻醉剂及镇静药治疗癫痫、脑出血和高血压,用作维生素原料中间体、X射线造影剂、合成抗菌新药环丙沙星和干扰素等[2];在合成纤维工业用于丙烯腈纤维的纺丝溶剂和凝固溶剂,纤维素酯羊毛、尼龙的染色助剂,尼龙纤维的抗静电剂[3];在合成树脂方面用作聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯的溶剂,聚氟乙烯的分散剂,多种树脂的染色改性剂、抗氧化剂、增塑剂等[4];另外由于其稳定的溶解性和电解性,使其可作为高电导率的特殊溶剂用于锂电池和电器的电解液[5];同时也可用于合成杀虫剂、除草剂中间体、饲料添加剂等,而且许多新的用途不断地在开发中。