2018年, 第26卷, 第10期 刊出日期:2018-10-15
  

  • 全选
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    综述与展望
  • 穆金城, 钟翔, 刘建芳, 覃荣现, 冉真真, 季生福
    工业催化. 2018, 26(10): 1-12. DOI:10.3969/j.issn.1008-1143.2018.10.001
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    乙醇是一种重要的基础化工产品,随着生物乙醇和煤制乙醇的大规模发展,乙醇的过剩问题越来越严重,因此,将乙醇催化转化为高附加值化学品具有重要意义。乙醇经催化氧化制乙醛、乙酸,经催化脱氢-缩合制乙缩醛,经催化脱氢-酯化制乙酸乙酯等催化反应过程,不仅可以消化日益增多的乙醇产能,提高乙醇附加值,而且有效地延伸了乙醇产业链,并带来巨大的社会效益和经济效益。对近年来乙醇经催化氧化制乙醛、乙酸,经催化加氢-缩合制乙缩醛,经催化脱氢-酯化制乙酸乙酯等催化反应的催化剂体系、反应工艺和反应机理等方面的研究进展进行归纳、总结和评述,并对研究工作的发展趋势进行展望。
  • 许浩, 宋宁, 邴连成, 王芳, 韩德志, 王峰忠, 王广建
    工业催化. 2018, 26(10): 13-19. DOI:10.3969/j.issn.1008-1143.2018.10.002
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    介绍异丁烷脱氢制备异丁烯Pt系催化剂的研究进展,表明催化剂的活性中心、载体和助剂对异丁烷脱氢反应性能影响较大。催化剂活性中心的积炭覆盖和烧结是催化剂失活的直接原因;载体的酸性有助于调变积炭的形成速率,而活性中心与助剂的交互作用可促使积炭的表面迁移;活性中心与载体的交互作用有利于减少活性中心的烧结。
  • 凤孟龙, 田辉平, 张万弘, 于善青, 张杰潇, 王振波, 李家兴
    工业催化. 2018, 26(10): 20-26. DOI:10.3969/j.issn.1008-1143.2018.10.003
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    随着原料油重质化、劣质化程度逐渐增高,催化裂化催化剂基质不仅需要保证催化剂有良好的磨损性能和流化性能,还需要具有适当的孔和一定的酸性对原料油中的大分子进行预裂化。半合成催化裂化催化剂中的高岭土系黏土对催化剂性能有重要影响。高岭土可直接或经酸、碱改性作为催化剂基质,也可通过原位晶化技术合成分子筛或含有Y型分子筛的催化剂。累托石通过交联反应可以合成层柱分子筛用于催化裂化催化剂制备。埃洛石因其管状结构,作为基质时催化剂具有孔体积和比表面积大及活性高的特点。对催化裂化催化剂中高岭土系黏土结构、改性方法及在催化裂化催化剂中应用进行综述,并对今后高岭土在催化裂化催化剂中的研究方向进行展望。
  • 孙书桩, 彭鹏, 阎子峰
    工业催化. 2018, 26(10): 27-33. DOI:10.3969/j.issn.1008-1143.2018.10.004
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    稠环芳烃物种含有大量的芳烃资源,由于苯环间的共轭效应,难以将其直接转化。随着原油芳烃含量的逐年增高,在工业规模如何有效地处理稠环芳烃备受关注。对稠环芳烃的加氢裂化和催化裂化反应机理进行总结对比,并通过介绍裂化催化剂的研究进展为稠环芳烃的催化裂化拓展新思路。
  • 张杰潇, 田辉平, 凤孟龙, 李家兴
    工业催化. 2018, 26(10): 34-42. DOI:10.3969/j.issn.1008-1143.2018.10.005
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    现有催化裂化多产低碳烯烃技术优先以石蜡基蜡油或常压渣油为原料油,原油重质化和高硫化限制了该技术的深入发展与推广应用。择型分子筛由于硅铝比及孔结构较为突出,具有适合重质油裂解的反应性能,得到广泛应用。为了更好的提高低碳烯烃的产率及选择性,对择型分子筛进行改性,通过调整分子筛的基础性质,使之成为优良的活性中心。重点介绍多种择型分子筛包括ZSM-5、β、SAPO-34、MCM-22等,并对其现有改性方法主要是以酸、碱改性及金属、非金属改性为主进行综述,并从其改性后的性能包括孔道结构优化、水热稳定性保留及裂化能力增强等方面阐述分子筛改性研究进展。
  • 高珠, 刘鹏翔, 苏海兰, 堵俊俊, 常俊石
    工业催化. 2018, 26(10): 43-47. DOI:10.3969/j.issn.1008-1143.2018.10.006
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    传统的固体氧化物燃料电池(SOFC)阳极采用镍基金属陶瓷材料,在CH4等碳氢化合物为燃料的阳极反应中,会出现积炭。分析以碳氢化合物为燃料的SOFC阳极材料的积炭机理,阐述反应温度、水蒸汽等因素对阳极积炭的影响,介绍Ni基陶瓷阳极性能优化和解决积炭的方法,对SOFC其他阳极材料以及未来阳极材料的发展方向进行研究展望。
  • 催化剂制备与研究
  • 覃荣现, 刘建芳, 穆金城, 杨文武, 季生福
    工业催化. 2018, 26(10): 48-55. DOI:10.3969/j.issn.1008-1143.2018.10.007
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    以γ-Al2O3、ZrO2、Bentonite(膨润土)、MIL-53(Al)和MIL-53(Fe)为载体,采用浸渍法制备负载Pd双功能催化剂,利用XRD、BET和NH3-TPD等表征催化剂结构,在微型高压反应器中评价催化剂的液相甲醇一步催化转化合成甲酸甲酯的反应性能,考察反应条件对催化剂性能的影响。结果表明,不同载体负载Pd催化剂未观察到Pd的XRD特征峰,表明催化剂表面的Pd是高分散状态。不同载体负载Pd催化剂的比表面积、酸强度和酸量差别较大,并且酸强度和酸量对甲醇转化率和产物选择性有较大影响。具有较多中强酸的2%Pd/Bentonite、2%Pd/MIL-53(Al)和2%Pd/MIL-53(Fe)催化剂比中强酸较少的2%Pd/γ-Al2O3和2%Pd/ZrO2催化剂具有更高的甲醇转化率和甲酸甲酯选择性。2%Pd/Bentonite催化剂在每摩尔甲醇Pd用量为0.030 mmol、反应温度150 ℃、O2压力2 MPa和反应时间5 h条件下,液相甲醇一步催化转化合成甲酸甲酯反应中,甲醇转化率56.08%,甲酸甲酯选择性55.85%。
  • 陈茂重, 王斓懿, 于学华, 赵震
    工业催化. 2018, 26(10): 56-63. DOI:10.3969/j.issn.1008-1143.2018.10.008
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    采用简单的水热法,通过控制不同锰源、酸碱性及水热温度等条件制备一系列MnO2催化剂,利用SEM、XRD、N2吸附-脱附和H2-TPR等对MnO2催化剂的物化性能进行表征,考察MnO2催化剂催化炭烟颗粒燃烧的性能。结果表明,制备的纳米棒状MnO2催化剂均具有良好的催化燃烧炭烟活性,在水热温度120 ℃、锰源为硝酸锰和酸性条件下,制备的MnO2催化剂具有最佳催化燃烧炭烟颗粒的性能。
  • 李振花, 王强, 王玮涵, 王保伟, 徐艳, 马新宾
    工业催化. 2018, 26(10): 64-70. DOI:10.3969/j.issn.1008-1143.2018.10.009
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    采用共沉淀法对铈铝复合载体进行放大制备,考察制得的复合载体成型后负载Mo基催化剂的放大制备效应。结果表明,催化剂进行逐级放大制备过程中,CO转化率略降,放大效应不大。对催化剂进行表征发现,小试制备的载体酸强度略高于放大制备的载体酸强度,说明Al的不饱和配位键较多,更加有利于活性组分的负载和CO的吸附。另外,与小试制备催化剂相比,催化剂放大制备后,MoO3颗粒尺寸略增,这是导致放大制备后催化剂催化反应活性略降的原因之一。
  • 李东, 孔莲, 范晓强, 李建梅, 赵震
    工业催化. 2018, 26(10): 71-77. DOI:10.3969/j.issn.1008-1143.2018.10.010
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    采用超声辅助等体积浸渍法制备了K改性Mo掺杂SBA-16催化剂xK/Mo-SBA-16,评价其对乙烷选择氧化反应的催化性能,并利用XRD、TEM、N2吸附-脱附、UV-Vis、UV-Raman和FT-IR等对催化剂物化性质进行表征,同时考察反应温度和K含量等因素对催化剂性能的影响。结果表明,K的添加提高了产物中醛类选择性。在V(C2H6)∶V(O2)=3∶1和反应温度550 ℃条件下,0.1K/5.0Mo-SBA-16催化剂上乙醛选择性为17.1%,总醛(包括乙醛和丙烯醛)产率7.4%。碱金属K的添加改变了催化剂中活性组分的结构和分散度,孤立和高分散的MoO4四面体逐渐转变为低聚扭曲的MoOx四面体,可能形成了K2Mo2O7新相。
  • 刘宾, 刘佳怡, 柴永明, 柳云骐, 刘晨光
    工业催化. 2018, 26(10): 78-84. DOI:10.3969/j.issn.1008-1143.2018.10.011
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    以三苯基膦为磷化剂,采用原位磷化法制备具有较高分散性的Ni2P/Al2O3-SAPO-11催化剂,通过低温N2吸附-脱附、XRD、HRTEM、NH3-TPD和Py-IR等对催化剂晶相结构、微观形貌和酸性质进行表征。以正十四烷为模型化合物,考察SAPO-11含量及工艺条件对正十四烷加氢异构化性能的影响。结果表明,最佳SAPO-11质量分数为40%,优化的工艺条件为:反应温度360 ℃,反应压力2 MPa,体积空速1.5 h-1,氢烃体积比300,该条件下,正十四烷转化率为78.1%,异构化选择性为89.2%。
  • 喻婷婷, 宋卫余, 赵震, 刘坚
    工业催化. 2018, 26(10): 85-91. DOI:10.3969/j.issn.1008-1143.2018.10.012
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    采用密度泛函理论(DFT)和Hubbard U值校正方法研究NiO(111)表面重构及其对乙烷C—H键断裂的影响。通过电子局域函数(Electron Localization Function,ELF)、态密度(Density of states,DOS)、过渡态结构和Bader charge等对表面重构和乙烷C—H键活化进行分析。结果表明,重构表面相比于理想表面更加稳定,同时重构表面上C—H键的活化更加困难。
  • 张晗, 华绍烽, 骆辉, 张磊, 范云场, 郭丰哲, 韦冬悦, 张美金
    工业催化. 2018, 26(10): 92-96. DOI:10.3969/j.issn.1008-1143.2018.10.013
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    以石墨粉为原料,使用改进Hummer法制备氧化石墨烯,采用沉积法固定化α-淀粉酶,并对固定条件进行优化。分别采用NaOH-CH2ClCOOH法和HNO3-H2SO4法制备羧基化氧化石墨烯,并将其用于固定化α-淀粉酶。结果表明,沉积法固定化酶的最适宜温度为65 ℃,最适宜pH=7.0。连续催化反应9次后,固定化酶活力仍能保持初始固定化酶活力的47.81%。经比较发现,NaOH-CH2ClCOOH法更有利于羧基化氧化石墨烯的制备,该方法制备的羧基化氧化石墨烯产率为HNO3-H2SO4法的1.2倍。
  • 程荧荧, 赵震, 韦岳长, 姜桂元, 王雅君
    工业催化. 2018, 26(10): 97-101. DOI:10.3969/j.issn.1008-1143.2018.10.014
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    以氮化碳(g-CN)为原料,采用水蒸汽焙烧剥离法在Ar/H2O氛围下制备薄层氮化碳(H-g-CN),并对其进行XRD、TEM、FT-IR、BET和UV-Vis DRS等表征。结果表明,进行剥离后,H-g-CN比表面积相比剥离前明显增大。H-g-CN的光催化还原CO2活性大大高于未剥离g-CN的活性,光照反应9 h, H-g-CN光催化还原CO2活性由剥离前的11.4 μmol·g-1提高至24.6 μmol·g-1,H-g-CN的CO选择性为91.2%,未剥离的g-CN的CO选择性为89.1%,并提出相应的反应机理。
  • 王晓龙, 吴成成, 肖天存, 王琪, 王有和, 季生福
    工业催化. 2018, 26(10): 102-111. DOI:10.3969/j.issn.1008-1143.2018.10.015
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    通过水热晶化法,合成含有骨架杂原子Zn的Zn-HZSM-5分子筛催化剂,采用XRD、BET、NH3-TPD表征催化剂结构和物化性能,在微型固定床反应器中测定催化剂的甲醇制汽油反应性能和反应动力学数据,研究Zn-HZSM-5分子筛催化剂的甲醇制汽油本征反应动力学。结果表明,杂原子Zn引入ZSM-5分子筛骨架后增加对产物汽油选择性有利的弱酸量。采用Chen and Reagan建立的甲醇制汽油三集总动力学模型,通过四阶龙格库塔法和最小二乘法对实验数据的回归,计算反应速率常数为k1=1.154×1012exp (-97600/RT),k2=0.687×1012exp (-105200/RT)和k3=1.739×107exp (-84700/RT)。以目标残差函数OF参数值为检验模型的标准,模拟值和实验值的相关系数R2均在0.993以上。因此Chen and Reagan建立的甲醇制汽油三集总动力学模型可以准确描述Zn-HZSM-5分子筛催化剂的甲醇制汽油反应动力学行为。
  • 崔焱, 李娜, 赵明, 张晋利, 高磊, 孙锦昌, 张谦温
    工业催化. 2018, 26(10): 112-119. DOI:10.3969/j.issn.1008-1143.2018.10.016
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    以γ-Al2O3为载体,通过等体积浸渍法制备钌基催化剂,用其进行催化CO加氢,研究制低碳烯烃反应中钌基催化剂的催化性能,考察催化剂的焙烧温度、工艺条件及碱金属助剂Na对钌基催化剂CO加氢反应的影响。结果发现,焙烧温度400 ℃制备的钌基催化剂具有最大的比表面积,在反应温度220 ℃、反应压力1.0 MPa和空速1 500 mL·(h·g)-1条件下,可以保证较高的CO转化率及低碳烯烃选择性。碱金属助剂Na提高了催化剂催化活性,Na质量分数为4%6%时,钌基催化剂表现出最佳的CO转化率及低碳烯烃选择性。
  • 精细化工与催化
  • 刘飞虎, 洪哲, 王忠, 陈夫山, 李学兵
    工业催化. 2018, 26(10): 120-123. DOI:10.3969/j.issn.1008-1143.2018.10.017
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    先用蓖麻油和甲醇酯交换合成蓖麻油酸甲酯,再对蓖麻油酸甲酯进行高温裂解制备十一碳烯酸,探讨各种因素对蓖麻油酸甲酯合成和裂解的影响,得到较为适宜的反应条件。合成蓖麻油酸甲酯适宜的条件为:系统真空度0.095 MPa,反应时间4 h,甲醇钠催化剂质量为蓖麻油质量的3.00%,反应温度35 ℃,醇油物质的量比18∶1,该条件下,蓖麻油酸甲酯收率为86.4%;550 ℃裂解蓖麻油酸甲酯为最佳温度,十一碳烯酸收率为44.15%。
  • 环境保护与催化
  • 高梦翔, 姚鑫, 朱勇, 张益坤, 施建伟, 上官文峰
    工业催化. 2018, 26(10): 124-129. DOI:10.3969/j.issn.1008-1143.2018.10.018
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    大气污染治理水平的提高对静电除尘器的净化效率提出更高要求。利用数值模拟设计静电除尘器有助于优化结构和提高性能,而模拟过程中选用的颗粒荷电模型很大程度决定了模拟结果的准确性。通过建立双区静电除尘器电场、流场和颗粒运动模型,计算两种荷电模型下双区静电除尘器内部颗粒运动轨迹,分析荷电模型对荷电区和收尘区内颗粒轨迹的影响。通过两种荷电模型下0.4 μm颗粒和7.5 μm颗粒去除率模拟值与实测值的对比,发现荷电模型导致的模拟值差异随颗粒粒径的减小而增大。定电量模型适用于电场荷电为主的大粒径颗粒,对扩散荷电的忽略使得该模型下小粒径颗粒的模拟去除率远小于实测值。综合考虑电场荷电量和扩散荷电量随时间变化的模型可以很好地反映小粒径颗粒的荷电特性,更适用于对小粒径颗粒荷电行为特征的数值模拟。
  • 付莹莹, 朱濠滨, 李春虎
    工业催化. 2018, 26(10): 130-134. DOI:10.3969/j.issn.1008-1143.2018.10.019
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    采用改性活性半焦吸附-Fe/C微电解-Fenton联用技术处理焦化废水,探究联用技术工艺参数对焦化废水化学需氧量(COD)去除率的影响,结果表明:(1) 针对Fe/C微电解处理焦化废水的最佳操作条件为:pH=3,Fe与C质量比2.0∶1,Fe/C投加量30 g·L-1,反应时间60 min,反应温度35 ℃;(2) 采用Fe/C微电解-Fenton氧化处理焦化废水最佳操作条件为:过氧化氢投加量25 mL·L-1,pH=3,Fe与C质量比2.0∶1,Fe/C投加量30 g·L-1,反应时间8 h。在最佳吸附-Fe/C-Fenton联用工艺条件下操作,对焦化废水COD降解率达到85.23%,COD由199.27 mg·L-1降至29.43 mg·L-1。动力学研究表明,动力学方程能很好的拟合Fe/C微电解降解过程。