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介孔氧化铝在催化中的应用

介孔氧化铝分子筛在催化中的应用(金策丁冠清袁武袁雷钟诚斌)
1 氧化铝是重要的催化剂和吸附剂,在工业生产中有着广泛的应用。

一般氧化铝比表面积在50~300m2/g。

近些年,研究人员成功合成了比表面积超过800 m2/g,孔径比较大(2~10nm),且孔径分布较窄的有序介孔氧化铝(MA)。

氧化铝是一种理想的多功能材料,具有较好的表面酸碱性质[1,2],其介孔结构更是加强了催化和吸附性能,广泛地被应用作催化剂、催化剂在天、吸附剂等。

2介孔氧化铝分子筛在催化剂方面的应用
将氧化镍分别负载在介孔氧化铝分子筛和γAl2O3上,对烯烃的双键异构化反应评价结果显示:前者具有更高的活性和选择性。

负载7wt%(质量分数)Re2O7的介孔氧化铝分子筛催化剂对7-十六烯双键异构化活性最高,可以再温和条件下(50℃,4h)发生7-十六烯的复分解反应得到7-14碳烯和9-十八烯(转化率为50%),并无其他副反应发生;而用7wt% Re2O7/γAl2O3作为催化剂最大只能得到30%的转化率,且有其他副产物出现。

通过对1-辛烯的催化分解得到7-14烯反应的研究,也得到类似的结果。

此外Cejka和Balcar[6]的研究也表明,用高铼酸铵与MA共热(500℃)的方法制备的Re2O7/MA催化剂,对线型1位烯烃的复分解反应具有最高活性。

铜改性的介孔氧化铝分子筛可催化肉桂醛选择加氢反应,生产相应不饱和醇的选择性显著大于Cu/Al2O3,铝可以高达30%负载质量负载在水热法制备的介孔氧化铝分子筛上(比传统的γAl2O3负载量高出一倍左右),催化氢化过程中更多地形成不饱和醇而几乎不破坏碳碳双键。

这是由于纳米尺寸的Cu0与介孔氧化铝孔壁有强烈的相互作用,不易形成大的Cu0族,从而不利于碳碳双键的氢化[3,4].此外,铜改性的介孔氧化铝催化剂被用于一氧化二氮的分解反应,并研究了煅烧温度对催化剂活性的影响[3]。

加氢脱硫反应是钴-钼或镍-钼负载普通氧化铝催化剂的一个重要应用,文献[4,5]用噻吩的加氢脱硫反应作为模型反应,对介孔氧化铝和普通氧化铝作为催化剂载体作了比较。

介孔氧化铝是通过长链烷酸作为模板剂的阴离子路径制备的,分别通过在七钼酸铵溶液中浸渍,与氧化钼一起进行热处理制备催化剂。

由于比普通氧化铝具有更大的比表面积,使其可负载约30wt%的氧化钼。

而普通氧化铝只能负载15wt%的氧化钼。

相同条件的反应温度与反应时间,以及相同量的催化剂(以钼计算)情况下,样品催化剂对噻吩的转化率约是对照品催化剂(以普通氧化铝为催化剂载体)的两倍。

在MoO3/MA的XRD图中,几乎看不到氧化钼的特征衍射峰出现。

这就可以
推断出氧化钼实际上在MA孔内形成了单分子层排布,没有堆积现象发生。

对于几乎所有以传统γAl2O3为载体的负载型催化剂,介孔氧化铝分子筛均有取而代之的可能,并有着更加优异的催化性能。

因其比表面积大,孔径分布均匀的特点而明显优于γAl2O3,能使所负载活性组分具有极高分散度,同时显著降低内扩散阻力。

在介孔氧化铝分子筛骨架插入其他过度金属元素,例如Zr、V、Mn、Cr等,有希望得到具有特殊催化性能的介孔催化材料。

3 肉桂醛选择性加氢反应生成肉桂醇
随着催化科学的发展,控制反应的选择性变得越来越重要,其中α ,β-不饱和醛制备α ,β-不饱和醇是选择性加氢的典型代表之一[7]。

肉桂醛是α ,β-不饱和醛中有代表性的化合物,肉桂醛选择加氢生成肉桂醇的反应,不仅具有理论上的意义,而且具有实际应用价值。

由于非均相催化剂具有易于分离、可循环使用等特点,比均相催化剂更符合绿色化学的要求,因而有着更加广泛的研究与应用。

用于肉桂醛选择加氢合成肉桂醇的非均相催化剂的活性组分答题可分为两大类:一类为贵金属,如Pt、Ru、Au等,一类为非贵金属,如Co、Cu等。

在贵金属催化剂中,铂基催化剂对于肉桂醛选择加氢具有较高的活性,研究也比较系统。

钌在贵金属中价格相对便宜,可选择性催化加氢肉桂醛得到肉桂醇。

铂基催化剂:铂催化剂主要以氯铂酸贵金属为主要原料活性组分的铂金催化剂,采用金属网、铂黑或把铂载于氧化铝等载体上。

可含有铼、氯有机化合物等助催化剂。

优点:铂基催化剂催化效率高,可以抑制Si-Vi和Si-H反应过程中伴随发生的副反应,避免了黑色物质的生成,克服了其它催化剂使用中产品出现发黄或变黑现象。

1.Yang X,Wang D,Sun Z,et al.Adsorption of phosphate at the aluminum(hydr) oxides-water interface:Pole of the surface acid-base properties[J].Collids and Surfaces,2007,292:84-90.
2. Yang X, Sun Z ,Wang D, et al.Surface acid-basid properties and hydration/dehydration mechanisms of aluminum(hydr)oxides[J].J Colloid Interface Sci,2007,308:395-404.
3.Zhu Z H,Zhu H Y,Wang S B,et al.Catal.Lett.2003,91:73-80.
4.Kaluza L,Zdrazil M,ZilkováN,et al.Catal.Conmmun,2002,3:151-157.
5.Cejka J,ZilkováN, Kaluza L,et al.Nanoporous Materials Ⅲ,Studies in Surface Science and Catalysis (eds.SayariA,Jaroniec M).Amsterdam:Elsevier,2002,141:243-250.
6.Balcar H,Hamtil R,Zilkova N,et al.2004,97:25-29
7.孙国宝,何坚.香料化学与工艺学[M].2版.北京:化工工业出版社,2004:06-
8刘迎新,李秋贵,严巍肉桂醛选择加氢合成肉桂醇[J]. 北京: 化工学报 . 2009(01) 9梁百安,赵文乐,马啸. 肉桂醛选择加氢合成肉桂醇[J].上海: 化学学报. 2012(10)
10赖长春肉桂醛选择加氢为肉桂醇的钌催化剂研究. [N] 北京: 中国化工报.. 2004-11-12
11吕秀阳,何龙,鹿骋,高飞.肉桂酸绿色合成新方法[J].北京:中国化工报 2005.06
12 白亮李勇亮介孔氧化铝合成[J] 南京:南京师范大学学报 2002.04。

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