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氧化锆负载Pd-Cu双金属催化剂上山梨醇选择性氢解合成乙二醇和丙二醇
  • ISSN号:0253-9837
  • 期刊名称:《催化学报》
  • 时间:0
  • 分类:O[理学]
  • 作者机构:[1]北京大学化学与分子工程学院,北京分子科学国家实验室,分子动态与稳态结构国家重点实验室,北京100871
  • 相关基金:国家重点基础研究发展计划(973计划,2011CB201400);国家自然科学基金(21173008,21373019,21433001).
中文摘要:

山梨醇和木糖醇等多元醇是可再生生物质转化合成液体燃料和化学品的重要平台分子,其中,可通过选择氢解反应一步制备乙二醇和丙二醇等重要化工原料,有望代替从乙烯和丙烯制备二元醇的传统石油化工工艺.目前文献中多元醇氢解反应主要使用Ru基和Ni基催化剂等,但是不可避免地生成C-C键非选择性断裂的副产物甲烷等.与之相比,非贵金属Cu基催化剂往往具有较优异的选择性,但其活性较低和水热稳定性较差.因此,到目前为止研制具有高活性和选择性、以及良好水热稳定性的Cu基催化剂用于生物质基多元醇氢解反应仍然存在挑战.在本文中,我们采用贵金属修饰的方法提高Cu基催化剂在山梨醇选择氢解反应中的活性和水热稳定性.通过分步浸渍法合成了1%Pd-3%Cu/ZrO2、1%Pt-3%Cu/ZrO2和1%Ru-3%Cu/ZrO2双金属催化剂,并比较了它们在山梨醇氢解反应中的催化性能.在相同的反应条件下,上述催化剂中1%Pd-3%Cu/ZrO2(Cu/Pd=5)具有最优的活性及乙二醇、丙二醇和甘油的总选择性.以固体碱La(OH)3为助剂,1%Pd-3%Cu/ZrO2的山梨醇氢解活性高达20.3 h-1,是单金属1%Pd/ZrO2(8.7 h-1)和3%Cu/ZrO2(6.5 h-1)催化剂活性的2-3倍,也高于含有相同Pd、Cu含量的1%Pd/ZrO2和3%Cu/ZrO2机械混合体系的活性(12.2 h-1).而且,Pd-Cu/ZrO2双金属催化剂对C2-C3低碳多元醇的选择性也明显优于Pd/ZrO2和Cu/ZrO 2以及二者的机械混合体系.这些结果说明Pd对Cu/ZrO2的促进作用不仅仅需要Pd与Cu两种金属的共同存在,还需要它们两者之间的相互作用.进一步发现,Pd-Cu/ZrO2双金属催化剂在Cu/Pd比为1.5-10.0的较宽范围内都表现出了较高的反应活性(17.8-20.3 h-1)以及乙二醇、丙二醇和甘油的总选择性(57.3%-62.8%),说明较低含量Pd的存在就能够有效地改善Cu催化剂的催化性能.在493 K和5.0 MPa H2的反应条件下,以1%Pd-3%Cu/ZrO2为催化剂,在山梨醇接?

英文摘要:

Sorbitol is one of the key building blocks in catalytic conversion of biomass, and its selective hydrogenolysis to ethylene glycol and propylene glycol provides a viable and sustainable route towards the synthesis of the two glycols. Herein, the hydrogenolysis of biomass-derived sorbitol was studied on Pd-modified Cu/monoclinic zirconia(Pd-Cu/ZrO 2) catalysts with a wide range of Cu/Pd atomic ratios in the presence of La(OH)3. The bimetallic Pd-Cu/ZrO 2 catalysts showed superior activities and selectivities to the two target glycols, compared with the monometallic Cu/ZrO 2 and Pd/ZrO 2catalysts under identical conditions. At nearly 100% sorbitol conversion, a combined selectivity of 61.7% to ethylene glycol, propylene glycol, and glycerol was obtained on Pd-Cu/ZrO 2(Cu/Pd=5) at 493 K under 5.0 MPa H2. Pd-Cu/ZrO 2 was also stable and recyclable, in contrast to Cu/ZrO 2, which suffered severe deactivation because of agglomeration of Cu particles during sorbitol hydrogenolysis. Clearly, the presence of Pd improved not only the activity and selectivity of the Cu catalyst, but also the hydrothermal stability. Characterization of these catalysts by X-ray diffraction, diffuse-reflectance infrared Fourier transform spectroscopy of CO adsorption, and H2 temperature-programmed reduction suggests that the Cu particles deposited on the Pd surfaces with close contact and strong interaction between the two metals, most likely involving electron transfer from Pd to Cu. Such structural and electronic effects are proposed as the critical contributors to the significant promoting effect of Pd on the activity and stability of Pd-Cu catalysts in sorbitol hydrogenolysis. These findings provide useful information for design of new Cu-based catalysts with higher efficiency and stability for selective hydrogenolysis of polyols and other biomass-derived reactants under hydrothermal conditions.

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期刊信息
  • 《催化学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国化学会 中国科学院大连化学物理研究所
  • 主编:李灿 张涛
  • 地址:大连市沙河口区中山路457号
  • 邮编:116023
  • 邮箱:chxb@dicp.ac.cn
  • 电话:0411-84379240
  • 国际标准刊号:ISSN:0253-9837
  • 国内统一刊号:ISSN:21-1195/O6
  • 邮发代号:8-93
  • 获奖情况:
  • 第三届国家期刊奖提名奖,中国科协精品科技期刊示范项目
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,美国科学引文索引(扩展库),日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),英国英国皇家化学学会文摘,中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:19199