NH4+交换度对CuY催化剂上甲醇氧化羰基化反应性能的影响

王玉春 郑华艳 李忠

引用本文: 王玉春,  郑华艳,  李忠. NH4+交换度对CuY催化剂上甲醇氧化羰基化反应性能的影响[J]. 催化学报, 2016, 37(8): 1403-1412. doi: 10.1016/S1872-2067(16)62490-7 shu
Citation:  Yuchun Wang,  Huayan Zheng,  Zhong Li. Effect of NH4+ exchange on CuY catalyst for oxidative carbonylation of methanol[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2016, 37(8): 1403-1412. doi: 10.1016/S1872-2067(16)62490-7 shu

NH4+交换度对CuY催化剂上甲醇氧化羰基化反应性能的影响

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(21276169).

摘要: 碳酸二甲酯(DMC)是一种应用极其广泛的绿色化工产品,其中经济、绿色的甲醇氧化羰基化合成DMC工艺极具工业前景,而Y分子筛负载铜(CuY)是有效催化剂之一.众所周知,CuY催化剂上的Cu+是催化活性中心.Cu+催化活性中心的引入方式用两种:(1)CuCl直接与HY分子筛固相离子交换;(2)Cu2+与NaY分子筛溶液离子交换,然后Cu2+自还原生成活性中心Cu+.在无溶剂条件下制备CuY催化剂时,载体HY分子筛中的可交换位H+量是决定催化剂CuY氧化羰基化催化性能的关键因素.文献通过以不同硅铝比的HY分子筛为载体制备的催化剂CuY,研究铜离子可交换位H+量对氧化羰基化的影响,然而,硅铝比的不同也直接影响了分子筛骨架的组成、Si-O-Al的键角、甚至影响了Al3+的分散度,这些因素都直接影响了CuY催化剂活性.因此,研究NaNH4Y分子筛载体中的可交换位(NH4+)的量与CuY催化剂活性间的关系具有非常重要的意义.本文将NaY分子筛与不同浓度的NH4NO3溶液进行离子交换,制得具有不同NH4+交换度的NaNH4Y分子筛,以其为载体,以具有易升华、易分解性质的乙酰丙酮铜Cu(acac)2为铜源,在无溶剂条件下,高温热处理二者固相混合物,NaNH4Y分子筛中的NH4+与Cu(acac)2中的Cu2+发生了离子交换,Cu2+进一步发生自还原生成活性中心Cu+,成功地制备了完全无氯的CuY催化剂,应用于催化常压甲醇氧化羰基化合成DMC过程,研究NaNH4Y分子筛中的铜离子可交换位NH4+与催化剂CuY催化性能间的关系.通过各种表征及对CuY催化剂在甲醇氧化羰基化过程中催化活性分析发现,Y分子筛经过NH4NO3溶液离子交换及催化剂的制备过程,其八面沸石结构和孔道保持良好.以未经过离子交换的NaY负载的CuY催化剂上的铜物种完全以CuO形式存在,且没有催化活性.随着NH4+交换度增加,CuY催化剂表面CuO含量逐渐降低,而活性中心Cu+含量逐渐增加,且其催化活性也随之增加.当NH4+交换度趋于极限值时,CuY催化剂中Cu+含量达最大,其催化活性也达最佳,DMC的时空收率和选择性分别为267.3mg/(g·h)和68.5%,甲醇转化率为6.9%.因此,无溶剂条件下,以NaNH4Y分子筛为载体,Cu(acac)2为铜源,制备完全无氯CuY催化剂时,NH4+是形成Cu+活性中心的必须条件,且NH4+交换度直接影响催化剂CuY的催化活性.

English

    1. [1] M. Selva, A. Perosa, Green Chem., 2008, 10, 457-464.

    2. [2] M. H. Wang, N. Zhao, Wei, Y. H. Sun, Ind. Eng. Chem Res., 2005, 44, 7596-7599.

    3. [3] Y. J. Zhou, S. J.Wang, M. Xiao, D. M. Han, Y. X. Lu, Y. Z. Meng, J. Cleaner Production, 2015, 103, 925-933.

    4. [4] P. Tundo, M. Selva, Acc. Chem. Res., 2002, 35, 706-716.

    5. [5] S. Y. Huang, B. Yan, S. P. Wang, X. B. Ma, Chem. Soc. Rev., 2015, 44, 3079-3116.

    6. [6] D. Delledonne, F. Rivetti, U. Romano, Appl. Catal. A, 2001, 221, 241-251.

    7. [7] T. Frising, P. Leflaive, Microporous Mesoporous Mater., 2008, 114, 27-63.

    8. [8] Y. H. Zhang, D. N. Briggs, E. de Smit, A. T. Bell, J. Catal., 2007, 251, 443-452.

    9. [9] R. Y. Wang, Z. Li, H. Y. Zheng, K. C. Xie, Chin. J Catal., 2009, 30, 1068-1072.

    10. [10] S. T. King, Catal. Today, 1997, 33, 173-182.

    11. [11] S. T. King, J. Catal., 1996, 161, 530-538.

    12. [12] Y. H. Zhang, A. T. Bell, J. Catal., 2008, 255, 153-161.

    13. [13] J. Engeldinger, M. Richter, U. Bentrup, Phys. Chem. Chem. Phys., 2012, 14, 2183-2191.

    14. [14] J. Engeldinger, C. Domke, M. Richter, U. Bentrup, Appl. Catal. A, 2010, 382, 303-311.

    15. [15] M. Richter, M. J. G. Fait, R. Eckelt, M. Schneider, J. Radnik, D. Heidemann, R. Fricke, J. Catal., 2007, 245, 11-24.

    16. [16] Z. Li, K. C. Xie, R. C. T. Slade, Appl. Catal. A, 2001, 209, 107-115.

    17. [17] S. Y. Huang, Y. Wang, Z. Z. Wang, B. Yan, S. P. Wang, J. L. Gong, X. B. Ma, Appl. Catal. A, 2012, 417-418, 236-242.

    18. [18] R. G. Zhang, J. R. Li, B. J. Wang, RSC Adv., 2013, 3, 12287-12298.

    19. [19] Y. Kuroda, T. Mori, Y. Yoshikawa, Chem. Commun., 2001, 1006-1007.

    20. [20] Y. C. Wang, H. Y. Zheng, Z. Li, K. C. Xie, RSC Adv., 2015, 5, 102323-102331.

    21. [21] Y. C. Wang, H. Y. Zheng, B. Liu, G. Q. Zhang, Z. Li, Chem. J. Chin. Univ., 2015, 36, 2540-2549.

    22. [22] K. Sato, Y. Nishimura, N. Matsubayashi, M. Imamura, H. Shimada, Microporous Mesoporous Mater., 2003, 59, 133-146.

    23. [23] M. Richter, M. J. G. Fait, R. Eckelt, E. Schreier, M. Schneider, M. M. Pohl, R. Fricke, Appl. Catal. B, 2007, 73, 269-281.

    24. [24] C. Torre-Abreu, C. Henriques, F. R. Ribeiro, G. Delahay, M. F. Ribeiro, Catal. Today, 1999, 54, 407-418.

    25. [25] S. Kieger, G. Delahay, B. Coq, B. Neveu, J. Catal., 1999, 183, 267-280.

    26. [26] J. W. Choung, I. S. Nam, Appl. Catal. B, 2006, 64, 42-50.

    27. [27] Y. Z.Yuan, W. Cao, W. Z. Weng, J. Catal., 2004, 228, 311-320.

    28. [28] X. J. Li, X. W. Zhang, L. C. Lei, Sep. Purif. Technol., 2009, 64, 326-331.

    29. [29] J. M. Lázaro Martínez, E. Rodríguez-Castellón, R. M. T. Sánchez, L. R. Denaday, G. Y. Buldain, V. Campo Dall’ Orto, J. Mol. Catal. A, 2011, 339, 43-51.

    30. [30] F. Alonso, T. Melkonian, Y. Moglie, M. Yus, Eur. J. Org. Chem., 2011, 2524-2530.

    31. [31] Z. Li, T. J. Fu, R. Y. Wang, Y. Y. Niu, H. Y. Zheng, Chem. J. Chin. Univ., 2011, 32, 1366-1372.

    32. [32] D. Liu, P. Yuan, H. M. Liu, J. G. Cai, D. Y. Tan, H. P. He, J. X. Zhu, T. H. Chen, Appl. Clay Sci., 2013, 80-81, 407-412.

    33. [33] A. Sultana, T. Nanba, M. Sasaki, M. Haneda, K. Suzuki, H. Hamada, Catal. Today, 2011, 164, 495-499.

    34. [34] A. Takahashi, R. T. Yang, C. L. Munson, D. Chinn,, Langmuir, 2001, 17, 8405-8413.

    35. [35] G. T. Palomino, S. Bordiga, A. Zecchina, G. L. Marra, C. Lamberti, J. Phys. Chem. B, 2000, 104, 8641-8651.

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  • 收稿日期:  2016-05-04
  • 修回日期:  2016-06-15
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
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    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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