木质素在不同Ru/Nb基催化剂上解聚和脱氧加氢制芳烃化合物

马迪 陆圣璐 刘晓晖 郭勇 王艳芹

引用本文: 马迪,  陆圣璐,  刘晓晖,  郭勇,  王艳芹. 木质素在不同Ru/Nb基催化剂上解聚和脱氧加氢制芳烃化合物[J]. 催化学报, 2019, 40(4): 609-617. doi: S1872-2067(19)63317-6 shu
Citation:  Di Ma,  Shenglu Lu,  Xiaohui Liu,  Yong Guo,  Yanqin Wang. Depolymerization and hydrodeoxygenation of lignin to aromatic hydrocarbons with a Ru catalyst on a variety of Nb-based supports[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2019, 40(4): 609-617. doi: S1872-2067(19)63317-6 shu

木质素在不同Ru/Nb基催化剂上解聚和脱氧加氢制芳烃化合物

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(21832002,21872050,21808063);上海市自然科学基金(18ZR1408500).

摘要: 木质素高效转化为芳烃是木质素利用的一个非常重要的过程,一般通过解聚和脱氧加氢反应来实现.我们曾发现NbOx物种在木质素及其模型化合物的C-O键活化和断裂的过程中发挥了至关重要的作用.本文分别选择两种商业的铌基材料(HY-340和NbPO-CBMM)和实验室自制的具有层状结构的氧化铌材料(Nb2O5-Layer)为载体,制备了负载型Ru催化剂,将其用于木质素及其模型化合物的催化转化.同时,为了尽量避免Ru与铌基载体相互作用的影响,制备了较为均匀的Ru纳米胶粒并吸附于铌基载体上,得到Ru@铌基催化剂,并用于木质素模型化合物-对甲酚的催化转化反应中.研究表明,木质素在所有的Ru/铌基催化剂上都可以得到比较高的C7-C9碳氢化合物的收率.其中,在Ru/Nb2O5-Layer催化剂上C7-C9碳氢化合物的摩尔收率为99.1%,选择性为88.0%.采用X射线衍射、N2吸附-脱附、热重分析、吡啶吸附红外光谱(Py-FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)以及CO化学吸附等技术表征了Ru/铌基催化剂的性能与铌基材料的性质、金属Ru颗粒大小及其表面电子状态之间的关系.
Py-FTIR结果表明,Nb2O5-Layer材料上几乎没有Brönsted酸,但含有最多的Lewis酸,而NbPO-CBMM上的Lewis酸量最低.结合催化性能数据发现,单体产物收率与铌基载体的Lewis量成正相关关系,其中以Ru/Nb2O5-Layer催化剂上最高.
CO化学吸附和XPS结果表明,不同的铌基载体负载的金属Ru的分散度和电子状态都有差异.在Ru/Nb2O5-Layer上Ru的分散度最好,颗粒尺寸最小,木质素转化得到的芳烃选择性最好;在Ru/HY-340和Ru/NbPO-CBMM上,虽然Ru的分散度相近,但其表面电子状态不同,Ru/HY-340上的金属态Ru带有更多的正电荷δ+,其得到芳烃的选择性高于Ru/NbPO-CBMM.由此可见,Ru的颗粒尺寸和表面电子状态会影响芳烃选择性.
对甲酚催化转化反应结果表明,Ru颗粒大小相同时,铌基载体性质会影响对甲酚转化率;而同一铌基载体上,Ru颗粒大小则影响芳烃选择性,较小的Ru颗粒有利于芳烃的生成.

English

    1. [1] A. J. Ragauskas, C. K. Williams, B. H. Davison, G. Britovsek, J. Cairney, C. A. Eckert, Jr.W. J. Frederick, J. P. Hallett, D. J. Leak, C. L. Liotta, J. R. Mielenz, R. Murphy, R. Templer, T. Tschaplinski, Sci-ence, 2006, 311, 484-489.

    2. [2] J. N. Chheda, G. W. Huber, J. A. Dumesic, Angew. Chem. Int. Ed., 2007, 46, 7164-7183.

    3. [3] P. Gallezot, Green Chem., 2007, 9, 295-302.

    4. [4] P. Gallezot, Chem. Soc. Rev., 2012, 41, 1538-1558.

    5. [5] X. C. Li, T. Y. Guo, Q. N. Xia, X. H. Liu, Y. Q. Wang, ACS Sustainable Chem. Eng., 2018, 6, 4390-4399.

    6. [6] W. Zhang, J. Z. Chen, R. L. Liu, S. P. Wang, L. M. Chen, K. G. Li, ACS Sustainable Chem. Eng., 2014, 2, 683-691.

    7. [7] H. Li, A. Riisager, S. Saravanamurugan, A. Pandey, R. S. Sangwan, S. Yang, R. Luque, ACS Catal., 2018, 8, 148-187.

    8. [8] S. Gillet, M. Aguedo, L. Petitjean, A. R. C. Morais, A. M. da Costa Lopes, R. M. Łukasik, P. T. Anastas, Green Chem., 2017, 19, 4200-4233.

    9. [9] C. Z. Li, X. C. Zhao, A. Q. Wang, G. W. Huber, T. Zhang, Chem. Rev., 2015, 115, 11559-11624.

    10. [10] F. Chen, N. Li, W. T. Wang, A. Q. Wang, Y. Cong, X. D. Wang, T. Zhang, Chem. Commun., 2015, 51, 11876-11879.

    11. [11] C. O. Tuck, E. Pérez, I. T. Horváth, R. A. Sheldon, M. Poliakoff, Science, 2012, 337, 695-699.

    12. [12] J. Zakzeski, P. C. A. Bruijnincx, A. L. Jongerius, B. M. Weckhuysen, Chem. Rev., 2010, 110, 3552-3599.

    13. [13] J. G. Zhang, L. Lombardo, G. Gözaydın, P. J. Dyson, N. Yan, Chin. J. Catal., 2018, 39, 1445-1452.

    14. [14] X. Z. Wu, W. Q. Jiao, B. Z. Li, Y. M. Li, Y. H. Zhang, Q. R. Wang, Y. Tang, Chin. J. Catal., 2017, 38, 1216-1228.

    15. [15] Q. N. Xia, Z. J. Chen, Y. Shao, X. Q. Gong, H. F. Wang, X. H. Liu, S. F. Parker, X. Han, S. H. Yang, Y. Q. Wang, Nat. Commun., 2016, 7, 11162.

    16. [16] Q. N. Xia, C. Qian, X. H. Liu, X. Q. Gong, G. Z. Lu, Y. Q. Wang, Angew. Chem. Int. Ed., 2014, 53, 9755-9760.

    17. [17] T. Y. Guo, Q. N. Xia, Y. Shao, X. H. Liu, Y. Q. Wang, Appl. Catal. A, 2017, 547, 30-36.

    18. [18] Y. Shao, Q. N. Xia, L. Dong, X. H. Liu, X. Han, S. F. Parker, Y. Q. Cheng, L. L. Daemen, A. J. Ramirez-Cuesta, S. H. Yang, Y. Q. Wang, Nat. Commun., 2017, 8, 16104.

    19. [19] T. Murayama, J. L. Chen, J. Hirata, K. Matsumoto, W. Ueda, Catal. Sci. Technol., 2017, 4, 4250-4257.

    20. [20] P. Sun, X. D. Long, H. He, C. G. Xia, F. W. Li, ChemSusChem, 2013, 6, 2190-2197.

    21. [21] C. A. Emeis, J. Catal., 1993, 141, 347-354.

    22. [22] L. Shuai, M. T. Amiri, Y. M. Questell-Santiago, F. Héroguel, Y. D. Li, H. Kim, R. Meilan, C. Chapple, J. Ralph, J. S. Luterbacher, Science, 2016, 354, 329-333.

    23. [23] F. M. T. Mendes, C. A. Perez, R. R. Soares, F. B. Noronha, M. Schmal, Catal. Today, 2003, 78, 449-458.

    24. [24] V. Stavila, R. Parthasarathi, R. W. Davis, F. El Gabaly, K. L. Sale, B. A. Simmons, S. Singh, M. D. Allendorf, ACS Catal., 2016, 6, 55-59.

    25. [25] M. V. Galkin, S. Sawadjoon, V. Rohde, M. Dawange, J. S. M. Samec, ChemCatChem, 2014, 6, 179-184.

    26. [26] W. Y. Chen, J. Ji, X. Feng, X. Z. Duan, G. Qian, P. Li, X. G. Zhou, D. Chen, W. K. Yuan, J. Am. Chem. Soc., 2014, 136, 16736-16739.

    27. [27] L. Dong, L. L. Yin, Q. N. Xia, X. H. Liu, X. Q. Gong, Y. Q. Wang, Catal. Sci. Technol., 2018, 8, 735-745.

    28. [28] A. Q. Wang, T. Zhang, Acc. Chem. Res., 2012, 46, 1377-1386.

    29. [29] M. V. Galkin, C. Dahlstrand, J. S. M. Samec, ChemSusChem, 2015, 8, 2187-2192.

    30. [30] T. Tong, X. H. Liu; Y. Guo, M. N. Banis, Y. F. Hu, Y. Q. Wang, J. Catal., 2018, 365, 420-428.

    31. [31] G. F. Liang, A. Q. Wang, N. Li, G. Xu, N. Yan, T. Zhang, Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 3050-3054.

    32. [32] J. Dupont, J. D. Scholten, Chem. Soc. Rev., 2010, 39, 1780-1804.

    33. [33] C. Elmasides, D. I. Kondarides, W. Grünert, X. E. Verykios, J. Phys. Chem. B, 1999, 103, 5227-5239.

    34. [34] Z. W. Ma, S. L. Zhao, X. P. Pei, X. M. Xiong, B. Hu, Catal. Sci. Technol., 2017, 7, 191-199.

    35. [35] X. H. Liu, W. D. Jia, G. Y. Xu, Y. Zhang, Y. Fu, ACS Sustainable. Chem. Eng., 2017, 5, 8594-8601.

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  13
  • 文章访问数:  1787
  • HTML全文浏览量:  204
文章相关
  • 收稿日期:  2018-12-20
  • 修回日期:  2019-01-25
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章