化学催化剂行业分析范例(3篇)
化学催化剂行业分析范文
Abstract:ThepreparationandperformanceofPt/TiO2,whichwaspreparedbyimpregnationmethodandappliedtocatalyticcombustionofthevolatileorganicgases,hasbeendiscussedinthepaper.ThecatalystcarrierofTiO2waspreparedbysol-gelmethod.XRDpatternofthepreparedcarriershowedthatanatasetypeTiO2accountedfor90%,theotherwasrutiletype.Theinfluenceofcalciningtemperatureofcarrier,reductionbyformaldehyde,activationtemperatureofcatalyst,andnoblemetal（Pt）loadingquantityonthetolueneconversionhasbeeninvestigated.Theresultsindicatethattheoptimalconditionsofcatalystpreparationarecalcinationtemperatureof400℃,loading1%noblemetalofPt,andactivationtemperatureof400℃,reductionbyformaldehyde.Whenreactiontemperatureis120℃,tolueneconversioncanreach20%,andthetolueneconversioncomesto95%atthereactiontemperatureof380℃.
关键词：TiO2；铂；催化剂；催化燃烧
Keywords:TiO2；Pt；catalyst；catalyticcombustion
中图分类号：TQ032.4；TQ038.1文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）25-0038-02
0引言
工业别是石化企业中产生的挥发性有机废气（VOCs）已经造成了对环境的极大危害和对人体健康的严重威胁，引起了世界各国政府的高度重视和研究者的关注[1-2]。催化燃烧以其起燃温度低、节省能源、适用范围广、处理效率高及无二次污染等特点已成为处理VOCs最有效的方法之一[3-4]，逐渐成为人们关注的热点。VOCs处理用催化剂的种类相当多，按活性成分大体可分为3大类，分别为贵金属催化剂、过渡金属氧化物催化剂和复合氧化物催化剂，Pt、Pd、Ru等贵金属对烃类及其衍生物的氧化都具有很高的催化活性，且使用寿命长、适用范围广、易于回收，因而是最常用的废气燃烧催化剂[5-6]。Pt/TiO2催化剂反应温度低、氧化活性高，可用于室温催化氧化室内甲醛的处理，且已有较大范围的应用[7]，贵金属Pt对不同的反应物所呈现的活性存在一定的差异[6]，目前Pt/TiO2用于处理工业产生的VOCs的报道较少[8]。本文以甲苯作为VOCs的代表污染物，拟探讨负载型低温催化燃烧有机废气催化剂Pt/TiO2的制备和性能，并系统地考察载体焙烧温度、甲醛还原、催化剂活化温度、活性组分负载量等因素对催化剂催化燃烧有机挥发性气体甲苯的处理效率的影响。
1实验部分
1.1催化剂的制备催化剂的制备流程如图1所示，具体过程如下：
1.1.1载体的制备溶胶凝胶法制备锐钛矿型TiO2，具体方法如下：取一定量的钛酸四丁酯溶于无水乙醇，加入适量浓硝酸调节pH值，搅拌2h后，再向其中缓慢滴加一定量的去离子水和无水乙醇混合溶液，继续搅拌，制得淡黄色溶胶。然后将溶胶加热、搅拌，最终得到黄色粘稠凝胶，在常温下放置24h得透明溶胶，在105℃下烘干研磨通过一定温度焙烧后即制得TiO2载体。
1.1.2催化剂的制备采用浸渍法制备Pt/TiO2催化剂。称取一定量TiO2载体放入烧杯中，控制负载量，加入一定体积的氯铂酸溶液，搅拌均匀，80℃烘干，将烘干后的催化剂在一定温度下进行活化，并用质量分数15%的甲醛溶液浸泡还原12h后，80℃烘干得Pt/TiO2催化剂。
1.2催化燃烧实验采用实验室专用小型固定床不锈钢管式催化反应器处理甲苯来检测所制备催化剂性能，甲苯的入口和出口浓度用活性碳采样管采样后经气相色谱分析测定甲苯浓度。实验所用采样管为活性炭采样管，且为瞬时采样。
采用气相色谱法对样品进行分析。用微量注射器吸取1.0μL试样溶液注入气相色谱中，用外标法进行测定。以所测得的分析物质的峰面积，用标准曲线得出各待测物质的浓度。气相色谱参数为：初温40℃，保持3min，然后以10℃/min速率升至90℃，保持0.5min，再以20℃/min速率升至200℃/min，保持1min。分流比为20:1。
实验过程中反应器空速为6000h-1、入口甲苯浓度为3-4g/m3。
1.3催化剂表征采用X射线衍射仪（Ni滤波，CuKa辐射源）对载体样品的晶型进行了分析。管电压为45kV，管电流为40mA，扫描范围2θ为10°~80°，步长为0.02°/s。
2实验结果与讨论
2.1XRD分析溶胶凝胶法制备的TiO2载体的XRD晶型分析谱图如图2所示。
将图2中的谱图与锐钛矿和金红石二氧化钛标准谱图对比，分析可知所制备的二氧化钛载体中锐钛矿型二氧化钛占90%、金红石占10%。
2.2载体焙烧温度对甲苯转化率的影响制得的锐钛矿型二氧化钛载体分别在300℃、400℃、500℃时焙烧，负载金属铂后，在400℃下活化2h。考察不同焙烧温度对催化性能的影响，结果见图3。
由图3中可以看出，随着焙烧温度的提高，催化效率逐渐上升，尤其温度达到200℃以上，甲苯转化率迅速提高。三个焙烧温度中，400℃焙烧的催化效率总保持在最高。焙烧可以使催化剂形成稳定的物相，但在较高的温度下，锐钛矿型二氧化钛可转化为金红石型[9]，导致焙烧温度较高时转化率反而下降。
由图3中可见，100℃左右的低温下，催化剂有一定的活性，转化率在20%左右。相比其他的甲苯催化燃烧催化剂有一定的低温优势[10~12]，可能是由于贵金属Pt低温活性较高[13]，适宜低温催化燃烧。
2.3Pt负载量对甲苯转化率的影响将载体在400℃焙烧，改变Pt负载量分别为0.5%、1%、2%，活化温度400℃，考察负载量对甲苯转化率的影响，结果如图4所示。
从图4中可以看出，在反应温度在270℃以下时，2%Pt负载量的催化剂催化效率较高；1%负载量的催化剂催化效率较低。而当反应温度高于270℃时，负载量为1%的催化剂的催化效率最高，可见，并不是负载量越高催化效果越好，因为当负载量大时有可能堵塞载体的孔道，让被催化的气体不能充分与活性组分接触而使催化效果降低，然而，在某一温度段负载量低的催化效果没有负载量高的好，但是在另外一个温度段刚好反过来，这可能是因为Pt具有较高的低温催化活性，当负载量大、反应温度低时恰恰显示出Pt的低温催化活性，而当反应温度升高后，负载量大时金属颗粒易于聚集，抑制了催化活性的发挥。考虑到尽可能在较低温度下达到较高的催化效率，本研究选择1%为最佳负载量，在300℃左右的反应温度下，催化效率可达80%。
2.4活化温度对甲苯转化率的影响将制备的载体在400℃焙烧，Pt负载量1%。由于活化温度对催化剂的活性有较大的影响，实验考察了不同活化温度（300℃、400℃、500℃）下制备的催化剂对甲苯的催化燃烧性能，结果如图5所示。
由图5中所示的催化燃烧曲线可以看出，反应温度在230℃以前催化效率基本相同，都在20%-30%左右，当反应温度高于230℃以后，400℃活化的催化剂催化效率在同一温度下明显优越于300℃和500℃。产生这种现象的原因可能是由于催化剂活化的温度不同，活性组分分布不同，而导致催化剂的孔道疏松程度不同，在催化过程的效率也就不同。本研究选取400℃作为最佳活化温度。
2.5甲醛还原对甲苯转化率的影响通过溶胶凝胶法制得的二氧化钛载体经400℃焙烧，负载上1%金属铂后用甲醛还原制得催化剂，本文考察了甲醛还原对甲苯转化率的影响，结果如图6所示。
由图6可知，在同样的载体焙烧温度下，经过甲醛还原的催化剂催化效率高于无甲醛还原的催化剂，在反应温度在240℃以下时，是否采用甲醛还原的方式对反应效果影响不大，在300℃以上的焙烧温度下，甲醛还原对催化效率有显著影响，这是可能是因为活性组分Pt的存在形式为金属状态时，活性更高。金属Pt以氯铂酸的形式负载在载体上，通过高温焙烧、活化后，以金属氧化物或氯化物的形式存在于载体上，采用甲醛浸泡的形式可使其还原为金属状态。当反应温度越高时，反应速度越快，同样数量的金属Pt，可催化的分子数越多，其反应活性也就越高。
3结论
3.1采用溶胶凝胶法制备了二氧化钛载体，经XRD表征，锐钛矿型二氧化钛占90%，其余为金红石型。
3.2制备了负载型低温催化燃烧有机废气催化剂Pt/TiO2，考察了载体焙烧温度、活性组分负载量、甲醛还原、催化剂活化温度对催化剂催化燃烧有机挥发性气体甲苯转化率的影响。结果表明，载体经400℃焙烧，负载1%的金属Pt，然后通过400℃活化，甲醛还原后，催化效率较高，380℃甲苯转化率可达95%以上。
3.3当反应温度为120℃时，制得的催化剂的甲苯转化率在20%以上，说明Pt/TiO2具有一定的低温催化活性。
参考文献：
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化学催化剂行业分析范文
《碳源小分子与氢能利用研究》心得体会
中国科学院大连化学物理研究所研究员，博士生导师葛庆杰老师进行题为《碳源小分子与氢能利用研究》的学术交流报告。葛庆杰老师长期从事多相催化的应用基础研究，以具有重要的科学意义和应用背景的能源化工反应为对象，进行催化新材料、新工艺、新技术等科学研究，为能源资源的合理化应用提供新型催化材料、工艺和技术。承担多项国家、中国科学院和企业项目。
葛庆杰老师团队以CO2为碳源，与可再生能源电解水产生的H2催化转化合成燃料和高附加值化学品，不仅可实现CO2减排，还可解决对化石燃料的过度依赖及可再生能源的存储问题，具有重要战略意义。精准调控C-O键活化和C-C键偶联是CO2加氢转化反应极具挑战性难题，也是实现CO2高效转化利用的关键。葛庆杰老师团队在前期工作中构建了一种多活性位协同催化的Na–Fe3O4/HZSM-5多功能催化剂，率先实现了CO2加氢高选择性合成汽油馏分烃（78%），在接近工业生产条件下连续稳定运行1000小时以上，显示出潜在的工业应用前景。研究发现，多功能催化剂的分子筛孔道结构和酸性以及多活性位间的亲密性效应对烃产物分布有显著影响。在此基础上，延续多功能催化剂设计理念，将目标产物定位为高辛烷值的清洁汽油组分—异构烷烃，将铁基催化剂分别与具有高异构化活性的HMCM-22和HBeta分子筛进行耦合，并与具有高芳构化活性的HZSM-5分子筛进行了对比，研究了分子筛孔道结构和酸性对Na–Fe3O4/Zeolite催化剂上CO2加氢产物分布和积碳形成的影响，并在深入探索分子筛失活原因及积碳形成本质的基础上，对催化剂进行了再生研究，为其工业化应用提供了可能。
研究主要亮点：（1）成功制备了Na−Fe3O4/HMCM-22高效多功能催化剂，实现了逆水汽变换、C-C偶联和异构化三步串联反应的高效协同催化，CO2和H2可一步高收率合成异构烷烃（时空收率高达102mgisogcat-1h-1）；（2）MCM-22分子筛具有的独特孔道结构和Brønsted酸性质促进了烯烃中间体的异构化反应，抑制了其芳构化反应；并以乙烯为原料验证了烯烃物种在不同分子筛上的反应倾向，探讨了异构烷烃的形成历程；（3）结合反应后分子筛组分的积碳分析，探讨了分子筛失活原因和积碳形成本质，深化了对CO2加氢反应机理及积碳过程的理解；并对分子筛再生方法进行了研究，研制的多功能催化剂可反复多次再生保持其高效催化CO2加氢合成异构烷烃性能。
葛庆杰老师研究团队从催化剂的设计出发，依次从催化性能、积碳分析、反应机理及催化剂再生方面展开研究，条理分明、循序渐进，全面深入介绍了Na−Fe3O4/HMCM-22催化剂上CO2催化加氢合成异构烷烃的反应历程，丰富了对CO2加氢过程的认识和理解。
化学催化剂行业分析范文篇3
关键词杂多酸；12-钨磷酸；乙酸乙酯；催化
中图分类号：O614.61文献标识码：A文章编号：1671-7597（2014）07-0064-01
杂多酸（盐）由不同种含氧酸盐缩合形成，是多金属氧酸盐（POMs）的主要组成部分之一[1]，由于其表面富集的氧原子，可以作为良好的配位模板，同时，可以用作氧化还原和强酸性质的双功能催化剂，在催化化学方面具有广阔的应用前景[2，3]。羧酸脂是一类在工业和商业上用途广泛的化合物，最具代表性的乙酸乙酯是良好的有机溶剂、食品添加剂和有机合成原料，在精细化工方面有广泛应用。传统酯化法是以浓硫酸作催化剂由乙酸和乙醇直接合成，尽管生产工艺成熟，但有设备腐蚀严重、副反应多、反应物的后处理工艺复杂及污染环境等缺点。笔者以12-钨磷酸为催化剂代替浓硫酸完成酯化过程，在催化中体现出了活性高、稳定性好、使用安全简便、对环境污染小和不腐蚀设备等优点。
1实验部分
1.1仪器和试剂
WQF-310型傅立叶变换红外光谱仪（KBr压片，北京第二光学仪器厂）；阿贝折光仪；试剂均为市售分析纯。
1.2H3[PW12O40]的制备
称取钨酸钠25g，磷酸氢二钠5g溶解于150mL约60℃热水中，溶液浑浊，边加热搅拌边逐滴加入约25mL浓盐酸，滴加时间为30min，溶液变为澄清，加完后继续加热10min。
将冷却至室温的溶液转移至分液漏斗，先向分液漏斗中加入35mL乙醚和10mL6mol/L盐酸，经过两次萃取操作后，取下层油状物于蒸发皿中进行水浴蒸醚，最终得到12-钨磷酸白色固体12.5g，产率52.6%[4]。
参照文献[5]制得乙酸乙酯，制备过程中分别采用浓硫酸和H3[PW12O40]作为催化剂。
2结果与讨论
2.1H3[PW12O40]的IR分析
12-钨磷酸的特征峰出现在IR的指纹区700-1100cm-1，一般认为各键的伸缩振动频率[1]为：P-Oa：1079cm-1；W=Ob：983cm-1；W-Ob-W：890-850cm-1，W-Oc-W：800-760cm-1。笔者制得H3[PW12O40]伸缩振动峰出现在1079cm-1，983cm-1，888cm-1，813cm-1，与文献值接近。
2.2催化剂用量对产率的影响
冰醋酸6mL，乙醇9.5mL（摩尔比1：2），回流30min，增加12-钨磷酸的用量，产率也随之增加，当12-钨磷酸用量增加到1.0g后，继续增加12-钨磷酸用量对产率的提高不明显：当12-钨磷酸用量为0.2g、0.4g、0.6g、0.8g、1.0g和1.2g时，产率分别为44.8%、51.4%、57.7%、62.2%、64.4%和64.9%，为考虑经济成本，选择催化剂最佳用量为1.0g。
2.3回流时间对产率的影响
冰醋酸6mL，乙醇9.5mL（摩尔比1：2），12-钨磷酸1.0g，随着回流时间的增加，乙酸乙酯的产率呈现先增加后减少的趋势：当回流时间为10min、20min、30min、40min和50min时，产率分别为28.1%、44.2%、64.4%、67.8%和58.9%。可能是由于回流时间增加有利于反应物和催化剂尽可能完全的接触，使反应更加充分，使产率增加；但反应时间过长会导致产生的副产物乙醚增加，降低了乙酸乙酯的产率。因此，应选择40min为最佳回流时间。
2.4反应物摩尔比对产率的影响
选择催化剂12-钨磷酸为1.0g，回流40min，随着反应物乙醇的增加，即反应物摩尔比（乙酸：乙醇）的增加，产率增加：当摩尔比为1：1.2、1：1.4、1：1.6、1：1.8、1：2.0和1：2.2，产率分别为39.7%、47.5%、56.2%、65.8%、67.8%和67.3%。这是因为，随着反应物的增加，反应平衡有助于向生成物方向进行。当乙酸与乙醇摩尔比达到1：2时产率最高，因此最佳反应物摩尔比为1：2。
2.5不同催化剂对产率的影响
选择冰醋酸6mL，乙醇9.5mL（摩尔比1：2），催化剂1.0g，回流40min，依次使用浓盐酸，浓硫酸，12-钨磷酸作为催化剂，在相同条件下比较三者的催化产率分别为：38.5%、46.8%和67.8%，可见12-钨磷酸的催化性远胜于其他传统催化剂，所以选择12-钨磷酸作为催化剂最为适合。
2.6最佳反应条件下产物的测定
选择最佳反应条件：冰醋酸6mL，乙醇9.5mL（摩尔比1：2），12-钨磷酸1.0g，回流40min进行实验，最终得到无色透明液体，产物5.88g，产率67.8%，沸点为76℃～78℃，折光率为nD20=1.3724，与文献值（1.3719）相符。
3结论
1）采用醚萃取酸化法制备12-钨磷酸，并作为催化剂，通过酯化反应得到乙酸乙酯。
2）通过平行实验，得出乙酸乙酯酯化反应的最佳反应条件为：12-钨磷酸1.0g，回流时间40min，反应物摩尔比1：2。
3）通过多种催化剂对该酯化反应的催化效果分析，得出最佳催化剂为杂多酸12-钨磷酸，体现出杂多酸具有催化活性高，选择性好的优点。
参考文献
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