注册 English

In-Cu/SiO2催化剂用于醋酸甲酯加氢反应制乙醇

张豫 ,  叶陈良 ,  郭翠梨 ,  甘长娜 ,  佟昕檬

downloadPDF
引用本文: 张豫,  叶陈良,  郭翠梨,  甘长娜,  佟昕檬. In-Cu/SiO2催化剂用于醋酸甲酯加氢反应制乙醇[J]. 催化学报, 2018, 39(1): 99-108. doi: 10.1016/S1872-2067(17)62932-2 shu
Citation:  Yu Zhang,  Chenliang Ye,  Cuili Guo,  Changna Gan,  Xinmeng Tong. In2O3-modified Cu/SiO2 as an active and stable catalyst for the hydrogenation of methyl acetate to ethanol[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2018, 39(1): 99-108. doi: 10.1016/S1872-2067(17)62932-2 shu

In-Cu/SiO2催化剂用于醋酸甲酯加氢反应制乙醇

  • 天津大学化工学院, 天津 300072

摘要: 工业上常用玉米生产乙醇，从而造成粮食和燃料的选择两难局面.随着页岩气研究的不断深入以及全球可观的煤炭存量，用醋酸甲酯加氢制乙醇已引起广泛关注.铜基催化剂对酯加氢生成醇有高的转化率和选择性，其中铜铬催化剂性能较高，但铬对人体和环境的潜在危害限制了其广泛应用.Cu/SiO2催化剂价格低廉，环境友好，但其稳定性较差，容易失活不利于工业上应用.因此人们对Cu/SiO2催化剂进行改性.本文采用氨蒸法制备了一系列掺杂不同量氧化铟（In2O3）的Cu催化剂（In-Cu/SiO2）.采用X射线衍射（XRD）、氮气吸脱附、氢气程序升温脱附（H2-TPD）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、X射线光电子能谱（XPS）、透射电子显微镜（TEM）以及电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）等手段对催化剂进行了表征，同时评价了催化剂的活性和稳定性.
结果发现，In2O3的改性提高了Cu/SiO2催化剂在醋酸甲酯加氢制乙醇反应中的活性和稳定性；其中当添加1% In2O3时，醋酸甲酯转化率从83.7%提高至97.8%（反应温度523K，反应压力3MPa，氢酯摩尔比15，液时空速2h-1），且对液时空速的变化耐受性比较强.当液时空速大于3h-1时，随着液时空速的增加，Cu/SiO2催化剂的活性和选择性急剧下降，而1In-Cu/SiO2催化剂变化相对较小.TEM和XRD结果表明，适量In2O3的掺入改善了Cu/SiO2催化剂活性组分的分散性，铜粒径变小；FT-IR和N2O化学吸附结果显示，In2O3的加入使得页硅酸铜含量增加，从而有效地抑制了催化剂还原过程中铜的聚合，因此催化剂性能提高.XPS结果表明，表面Cu0和Cu+活性位点之间的协同作用有助于改善催化剂性能.Cu/SiO2和1In-Cu/SiO2催化剂100h的稳定性测试发现，Cu/SiO2催化剂的失活主要是由于活性组分颗粒尺寸聚集变大和表面Cu0和Cu+分布的破坏所致；而1In-Cu/SiO2催化剂物化性质几乎保持不变，表明适量的In2O3可稳定Cu/SiO2催化剂，延长其使用寿命.由此推断，In2O3可能作为一种隔离剂以抑制铜纳米粒子的热迁移和聚集，从而有效地提高Cu/SiO2催化剂活性和稳定性.

English

    1. [1] J. Pelley, Environ. Sci. Technol., 2002, 35, 405A.

    2. [2] D. Keeney, Environ. Sci. Technol., 2008, 43, 8-11.

    3. [3] J. Goldemberg, Science, 2007, 315, 808-810.

    4. [4] Y. H. Liu, N. Zhao, H. Xian, Q. P. Cheng, Y. S. Tan, N. Tsubaki, X. G. Li, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2015, 7, 8398-8403.

    5. [5] C. L. Ye, C. L. Guo, C. W. Sun, Y. Zhang, RSC Adv., 2016, 6, 113796-113802.

    6. [6] Y. F. Zhu, Y. L. Zhu, G. Q. Ding, S. H. Zhu, H. Y. Zheng, Y. W. Li, Appl. Catal. A, 2013, 468, 296-304.

    7. [7] T. Turek, D. L. Trimm, N. W. Cant, Catal. Rev. Sci. Eng., 1994, 36, 645-683.

    8. [8] J. Ding, J. Zhang, C. Zhang, K. F. Liu, H. C. Xiao, F. H. Kong, J. G. Chen, Appl. Catal. A, 2015, 508, 68-79.

    9. [9] H. Y. Qin, C. L. Guo, C. W. Sun, J. L. Zhang, J. Mol. Catal. A, 2015, 409, 79-84.

    10. [10] C. Wen, A. Y. Yin, Y. Y. Cui, X. L. Yang, W. L. Dai, K. N. Fan, Appl. Catal. A, 2013, 458, 82-89.

    11. [11] X. H. Dong, X. G. Ma, H. Y. Xu, Q. J. Ge, Catal. Sci. Technol., 2016, 6, 4151-4158.

    12. [12] Y. N. Wang, X. P. Duan, J. W. Zheng, H. Q. Lin, Y. Z. Yuan, H. Ariga, S. Takakusagi, K. Asakura, Catal. Sci. Technol., 2012, 2, 1637-1639.

    13. [13] X. L. Zheng, H. Q. Lin, J. W. Zheng, H. Ariga, K. Asakura, Y. Z. Yuan, Top. Catal., 2014, 57, 1015-1025.

    14. [14] Z. He, H. Q. Lin, P. He, Y. Z. Yuan, J. Catal., 2011, 277, 54-63.

    15. [15] A. Y. Yin, C. Wen, X. Y. Guo, W. L. Dai, K. N. Fan, J. Catal., 2011, 280, 77-88.

    16. [16] X. L. Zheng, H. Q. Lin, J. W. Zheng, X. P. Duan, Y. Z. Yuan, ACS Catal., 2013, 3, 2738-2749.

    17. [17] Y. Matsumura, H. Ishibe, J. Power Sources, 2012, 209, 72-80.

    18. [18] G. Onyestyák, S. Harnos, D. Kalló, Catal. Commun., 2012, 26, 19-24.

    19. [19] S. Harnos, G. Onyestyák, D. Kalló, Microporous Mesoporous Mater., 2013, 167, 109-116.

    20. [20] C. L. Ye, C. L. Guo, J. L. Zhang, Fuel Process. Technol., 2016, 143, 219-224.

    21. [21] Q. Hu, G. L. Fan, S. Y. Zhang, L. Yang, F. Li, J. Mol. Catal. A, 2015, 397, 134-141.

    22. [22] A. Dandekar, M. A. Vannice, J. Catal., 1998, 178, 621-639.

    23. [23] T. Popa, Y. Zhang, E. Jin, M. Fan, Appl. Catal. A, 2015, 505, 52-61.

    24. [24] S. F. Ji, T. Jiang, K. Xu, S. B. Li, Appl. Surf. Sci., 1998, 133, 231-238.

    25. [25] A. Y. Yin, X. Y. Guo, W. L. Dai, K. N. Fan, J. Phys. Chem. C, 2009, 113, 11003-11013.

    26. [26] K. R. Devi, S. D. Meetei, S. D. Singh, Mater. Charact., 2016, 114, 197-203.

    27. [27] T. M. Ding, H. S. Tian, J. C. Liu, W. B. Wu, J. T. Yu, Chin. J. Catal., 2016, 37, 484-493.

    28. [28] R. Van den Berg, C. F. Elkjaer, C. J. Gommes, I. Chorkendorff, J. Sehested, P. E. de Jongh, K. P. de Jong, S. Helveg, J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 3433-3442.

    29. [29] L. M. He, H. Y. Cheng, G. F. Liang, Y. C. Yu, F. Y. Zhao, Appl. Catal. A, 2013, 452, 88-93.

    30. [30] Y. Y. Zhu, S. R. Wang, L. J. Zhu, X. L. Ge, X. B. Li, Z. Y. Luo, Catal. Lett., 2010, 135, 275-281.

    31. [31] Y. J. Zhao, S. Zhao, Y. C. Geng, Y. L. Shen, H. R. Yue, J. Lv, S. D. Wang, X. B. Ma, Catal. Today, 2016, 276, 28-35.

    32. [32] X. Yu, S. B. Zhai, W. C. Zhu, S. Gao, J. B. Yan, H. J. Yuan, L. L. Chen, J. H. Luo, W. X. Zhang, Z. L. Wang, J. Chem. Sci., 2014, 126, 1013-1020.

    33. [33] L. F. Chen, P. J. Guo, M. H. Qiao, S. R. Yan, H. X. Li, W. Shen, H. L. Xu, K. N. Fan, J. Catal., 2008, 257, 172-180.

    34. [34] M. Tahir, B. Tahir, N. A. Saidina Amin, H. Alias, Appl. Surf. Sci., 2016, 389, 46-55.

    35. [35] R. K. Chava, M. Kang, J. Alloys Compd., 2017, 692, 67-76.

    36. [36] A. Y. Yin, X. Y. Guo, K. N. Fan, W. L. Dai, Appl. Catal. A, 2010, 377, 128-133.

    37. [37] W. Di, J. H. Cheng, S. X. Tian, J. Li, J. Y. Chen, Q. Sun, Appl. Catal. A, 2016, 510, 244-259.

    38. [38] C. J. G. Van Der Grift, A. F. H. Wielers, A. Mulder, J. W. Geus, Thermochim. Acta, 1990, 171, 95-113.

    39. [39] E. Poels, D. Brands, Appl. Catal. A, 2000, 191, 83-96.

    40. [40] J. D. Lin, X. Q. Zhao, Y. H. Cui, H. B. Zhang, D. W. Liao, Chem. Commun., 2012, 48, 1177-1179.

    41. [41] K. H. Sun, Z. G. Fan, J. Y. Ye, J. M. Yan, Q. F. Ge, Y. N. Li, W. J. He, W. M. Yang, C. J. Liu, J. CO2 Util., 2015, 12, 1-6.

  • 加载中
WeChat 扫一扫看文章
计量
  • PDF下载量:  7
  • 文章访问数:  1991
  • HTML全文浏览量:  298
文章相关
  • 收稿日期:  2017-07-24
  • 修回日期:  2017-10-09
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

All Rights Reserved by the Chinese Chemical Society   中国化学会 版权所有 京ICP备05002797号

本系统由北京仁和汇智信息技术有限公司开发    技术支持: info@rhhz.net