2023年, 第31卷, 第2期　刊出日期：2023-02-15

  

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综述与展望
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  CZTS光阴极性能提升研究进展

  陈巧玲, 王思琪, 张崇文, 郑毅

  工业催化. 2023, 31(2): 1-6. DOI:10.3969/j.issn.1008-1143.2023.02.001

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  Cu₂ZnSnS₄(CZTS)禁带宽度为1.5 eV,是一种较宽光响应范围P型半导体,其理论光电流密度可达25 mA·cm^-2,理论太阳能转氢能效率(STH)为32.2%,是一类重要的光电催化水分解制氢材料。然而,CZTS光阴极自身仍然存在较高的载流子复合几率和较低的表面反应速率等缺点,因此目前已报道的最高STH仅为12.6%。针对此问题,综述了近些年对CZTS的相关研究及改性方法,并对其未来发展进行展望。

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  碱性水电解制氢催化剂研究进展

  廖龙飞, 李明雨, 尹永利, 王飞, 曾丰

  工业催化. 2023, 31(2): 7-17. DOI:10.3969/j.issn.1008-1143.2023.02.002

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  氢能是一种绿色零碳的能源载体,电解水技术可以实现氢能与电能的高效转化。作为最成熟的电解水技术,碱性水电解制氢仍然有一些瓶颈需要克服,以期更适宜产业化的需求。概述电解水制氢的原理和碱性水电解的机理,着重介绍了碱性水电解的催化剂,同时对碱性水电解制氢的新趋势进行了展望。

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  均相Fe离子活化过硫酸盐降解水中有机污染物的研究进展

  罗才武, 蔡磊, 谢超, 赵勇, 雷林, 蒋天骄, 李雪萍

  工业催化. 2023, 31(2): 18-23. DOI:10.3969/j.issn.1008-1143.2023.02.003

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  Fe离子活化过硫酸盐是一种治理水中有机污染物的理想手段,具有来源丰富、价格低廉、绿色环保等优点,近年来备受关注。介绍两种均相Fe离子[包括Fe(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)]催化剂活化过硫酸盐降解水中有机污染物的研究现状,总结了各自的优缺点,旨在为开发高效地活化过硫酸盐的手段提供重要的参考。

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  CO₂和甲醇直接合成碳酸二甲酯催化剂研究进展

  李鹏阳, 张彩东, 么洪勇, 田志强, 韩星, 王雪琦

  工业催化. 2023, 31(2): 24-32. DOI:10.3969/j.issn.1008-1143.2023.02.004

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  CO₂和甲醇直接合成碳酸二甲酯(DMC)是降低碳排放和利用碳资源的有效途径,具有重要的研究价值。综述近年来CO₂和甲醇直接合成DMC催化剂的研究成果,重点介绍了不同催化体系(均相、非均相、添加脱水剂)对直接合成DMC的催化作用及反应机理,并对后续催化剂的研究方向和应用前景作了展望。

催化剂制备与研究
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  Cs/CoAl-LDO@X催化剂制备及甲苯侧链烷基化反应性能研究

  刘浩东, 冉真真, 季生福

  工业催化. 2023, 31(2): 33-37. DOI:10.3969/j.issn.1008-1143.2023.02.005

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  以X分子筛为载体,在其表面生长CoAl-LDH层状氢氧化物,浸渍Cs后焙烧,制备得到一系列不同CoAl-LDO含量的Cs/CoAl-LDO@X催化剂。利用XRD、SEM、TPD表征催化剂的结构、形貌及酸碱性质,在固定床微反应器上评价催化剂的甲苯侧链甲醇烷基化一步制苯乙烯的反应性能,研究不同CoAl-LDO含量对催化性能的影响。结果表明,随着CoAl-LDO含量的增加,催化剂的酸、碱活性中心的量有一定的增加;不同CoAl-LDO含量的催化剂对甲苯侧链烷基化反应都具有良好的催化性能。在最优反应条件下,甲苯转化率2.55%,苯乙烯选择性41.61%,苯乙烯和乙苯的总选择性可达92.51%。

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  纳米TiO₂的溶胶凝胶合成及其光催化降解水面石油废料

  侯玉霞

  工业催化. 2023, 31(2): 38-45. DOI:10.3969/j.issn.1008-1143.2023.02.006

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  通过在溶胶凝胶法中添加尿素作为燃料,成功调控合成锐钛矿/金红石相TiO₂和纯金红石相TiO₂。相结构表征和官能团信息表征确认了锐钛矿/金红石相TiO₂和纯金红石相TiO₂中不含其它杂质。经谢乐公式计算,锐钛矿/金红石相TiO₂和纯金红石相TiO₂的平均晶粒尺寸分别为30.28 nm和35.86 nm。扫描电镜发现,细的球形颗粒为锐钛矿相TiO₂,细长的纳米棒为金红石相TiO₂,颗粒尺寸与谢乐公式计算的结果类似。光学性质表征发现,与纯金红石相TiO₂相比,锐钛矿/金红石相TiO₂具有可见光吸收能力,表明其有可见光光催化活性。以水面原油废料为目标降解产物,将P25 TiO₂、锐钛矿/金红石相TiO₂和纯金红石相TiO₂负载在漂珠上,在模拟太阳光和可见光辐照下进行光催化降解实验。结果表明,由于空穴、羟基自由基和超氧自由基的作用,锐钛矿/金红石相TiO₂具有高于P25 TiO₂和纯金红石相TiO₂光催化活性。该技术的发展,有利于将锐钛矿/金红石相TiO₂应用于可见光光催化领域。

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  ZrO₂纳米颗粒催化借氢反应研究

  江杰, 丁玉强

  工业催化. 2023, 31(2): 46-51. DOI:10.3969/j.issn.1008-1143.2023.02.007

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  以醇为烷基化试剂,与羰基化合物反应实现羰基α位烷基化的C-烷基化反应,或者与胺反应实现胺基烷基化的N-烷基化反应是一锅多步串联的借氢反应。这种绿色的借氢反应近年来得到广泛关注,但目前报道的该反应的催化剂均为贵金属基催化剂,开发廉价的非贵金属多相催化剂对于此类借氢反应的工业化应用具有重要意义。采用廉价易得的ZrO₂纳米颗粒催化剂催化这两种类型的借氢反应,构建的C—N键形成借氢反应产率高达97.5%,C—C键形成借氢反应产率92.1%。初步研究结果表明,金属氧化物纳米颗粒ZrO₂具有优良的催化借氢反应能力。同时ZrO₂纳米颗粒表现出较大的底物适用性和很高的稳定性,在重复使用五次后催化活性损失不大。

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  新三元羧酸配体的合成及其单晶结构表征

  尚坤, 高艺欣, 赵乐, 孙瑞, 王力彬, 岳昌武

  工业催化. 2023, 31(2): 52-56. DOI:10.3969/j.issn.1008-1143.2023.02.008

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  以2-氯异烟酸甲酯、2,5-双(甲氧羰基)苯硼酸片呐醇酯为原料,通过两步合成法制备一种新颖的含吡啶基团的三元羧酸配体。采用傅里叶变换红外光谱及热重分析对配体结构及热稳定性进行测试。通过溶剂热法对配体的单晶进行培养,考察反应温度、时间、pH值、溶剂等条件对单晶培养的影响。结果表明,在反应时间为24 h,无水乙醇做溶剂,反应温度160 ℃,反应pH=4时,可以获得大块晶体。X-射线单晶衍射结果证明该配体为单斜晶系,P 21/n空间群。该配体中含有六个氧原子,一个氮原子,可以为结构多样配合物的制备提供配体选择,有望应用于配合物的设计应用与吸附、催化等多种场景。

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  可生物降解塑料前驱体乙醇酸甲酯催化剂研发

  卞雯, 吴鹏, 袁岚, 何观伟, 殷迪, 张芳

  工业催化. 2023, 31(2): 57-60. DOI:10.3969/j.issn.1008-1143.2023.02.009

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  以椰壳活性炭为载体的主体成分,掺杂氮元素对活性炭载体进行改性。以银为活性组分,制备高活性高选择性的草酸二甲酯加氢制乙醇酸甲酯催化剂。其中,银含量为质量分数10.51%,氮含量为质量分数11.51%的催化剂在反应温度204 ℃,压力2.4 Mpa,液时空速0.8 h^-1,氢酯体积比75条件下,草酸二甲酯转化率99%,乙醇酸甲酯选择性达到98%,收率最高为97.02%。

石油化工与催化
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  催化裂化催化剂LDS-6HRB的工业应用

  刘智辉, 樊红超, 汪毅, 宋洁瑞, 柳召永, 王辰晨, 刘明霞

  工业催化. 2023, 31(2): 61-65. DOI:10.3969/j.issn.1008-1143.2023.02.010

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  针对哈尔滨石化分公司600 kt·a^-1重油催化裂化装置降低汽油烯烃含量及提高辛烷值的需求,兰州化工研究中心开发了新型LDS-6HRB催化剂,并进行了工业应用。结果表明,在原料油性质相似、操作相近的条件下,汽油+轻柴油+液态烃收率增加0.31个百分点,油浆产率降低0.39个百分点;汽油烯烃体积分数由29.28%降低至25.63%,降低3.65个百分点,汽油研究法辛烷值增加0.6个单位。LDS-6HRB催化剂在哈尔滨石化分公司的成功应用可以为其他炼厂降低汽油烯烃含量及提高辛烷值提供优质参考方案。

精细化工与催化
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  Pt/MXene催化剂制备及其在缩合反应中的催化性能

  晁哲, 程杰, 万克柔, 高明明, 郑金欣, 林涛, 张炳亮, 李国斌, 马晓云

  工业催化. 2023, 31(2): 66-71. DOI:10.3969/j.issn.1008-1143.2023.02.011

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  以对氟硝基苯、丙酮和氢气为原料,在自制固定床反应器中进行加氢和烷基化反应,研究N-异丙基对氟苯胺连续化生产的新工艺。结果表明,以新型二维材料MXene为载体,担载活性金属Pt制得的催化剂在反应温度80 ℃、反应压力1 MPa和质量空速0.4 h^-1的条件下,N-异丙基对氟苯胺可实现高选择性、高稳定性、可持续规模化生产。该研究既拓宽了新型二维材料MXene的应用领域,也为N-异丙基对氟苯胺规模化生产提供了技术支持。

环境保护与催化
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  催化裂化废机油制备烃类燃料油

  宗正玲, 苏有勇, 何向阳, 莫畏难

  工业催化. 2023, 31(2): 72-76. DOI:10.3969/j.issn.1008-1143.2023.02.012

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  以车用废机油为原料,在固定床反应装置上进行催化裂化反应。考察不同分子筛催化剂、反应温度和质量空速对液体产物的产率、理化特性和成分的影响。结果表明,在反应温度440 ℃、质量空速4.82 h^-1条件下,以NaY分子筛为催化剂对废机油进行催化裂化所得液体产物产率最高,为65.97%,此条件下得到的液体产物的酸值为0.5 mg(KOH)·g^-1、粘度为1.4 mm²·s^-1,密度为0.753 6 g·cm^-3。GC-MS分析表明,所得烃类燃料油主要由碳链长度为C₅~C₁₂的轻烃组成,其中烷烃含量为质量分数26.58%、烯烃含量为质量分数29.34%、芳香烃含量为质量分数20.83%。