In对Ni/SiO2催化剂苯甲醚加氢脱氧性能的影响:苯环加氢及C-C键氢解的抑制作用

王晓菲 陈吉祥

引用本文: 王晓菲,  陈吉祥. In对Ni/SiO2催化剂苯甲醚加氢脱氧性能的影响:苯环加氢及C-C键氢解的抑制作用[J]. 催化学报, 2017, 38(11): 1818-1830. doi: 10.1016/S1872-2067(17)62910-3 shu
Citation:  Xiaofei Wang,  Jixiang Chen. Effects of indium on Ni/SiO2 catalytic performance in hydrodeoxygenation of anisole as model bio-oil compound:Suppression of benzene ring hydrogenation and C-C bond hydrogenolysis[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2017, 38(11): 1818-1830. doi: 10.1016/S1872-2067(17)62910-3 shu

In对Ni/SiO2催化剂苯甲醚加氢脱氧性能的影响:苯环加氢及C-C键氢解的抑制作用

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(21576193,21176177).

摘要: 由可再生木质素基生物质油加氢脱氧制三苯(苯、甲苯及二甲苯)及燃油可减少对化石能源依赖、缓解环境问题,加氢脱氧催化剂的研究开发为众多学者密切关注.我们以低成本金属Ni为加氢脱氧活性组分,采用金属In对金属Ni催化剂进行改性,旨在增加以苯甲醚为模型反应物加氢脱氧中的三苯收率、降低金属Ni的C-C键氢解及甲烷化活性,提高反应过程中碳收率、降低耗氢量.采用等体积浸渍-程序升温还原法制备了Ni/SiO2及Ni-In/SiO2催化剂,研究了Ni/In比及Ni含量对In改性Ni/SiO2催化剂结构和苯甲醚加氢脱氧性能的影响,利用H2-TPR,H2化学吸附,XRD,NH3-TPD,XPS,TEM及N2物理吸附-脱附等手段对催化剂及其前驱体进行了表征,采用石英管固定床反应器在300℃、常压、H2/苯甲醚摩尔比25及苯甲醚重时空速0.4 h-1的反应条件下考察了催化剂苯甲醚加氢脱氧性能,分析了催化剂结构与性能之间的关系.
H2-TPR结果显示,金属In的加入抑制了催化剂前驱体中Ni物种的还原.XRD,H2化学吸附,HAADF-STEM-EDS及XPS等结果表明,经450℃还原制备的Ni-In/SiO2双金属催化剂中Ni和In接触紧密.In的加入明显降低了催化剂表面金属Ni的活性位数量;并且,Ni/In比越低Ni-In/SiO2催化剂H2化学吸附量越小.XPS结果还显示,Ni-In/SiO2催化剂中存在金属In向Ni转移电子.上述结果说明,在Ni-In/SiO2催化剂中金属Ni与In存在较强的相互作用.在苯甲醚加氢脱氧反应中,与Ni/SiO2催化剂相比,Ni-In/SiO2催化剂虽因表面Ni密度较低而具有较低苯甲醚转化率,但其苯环加氢、C-C键氢解及CO甲烷化活性较低,因而具有较高的三苯及环己烷选择性;并且,随Ni/In比的降低(即In含量的增加),Ni-In/SiO2催化剂的加氢、氢解及甲烷化能力呈减弱趋势.随Ni质量含量提高,Ni-In/SiO2双金属催化剂上苯甲醚转化率提高,但对三苯选择性及C-C键氢解能力影响不明显.经分析认为,与Ni/SiO2相比,Ni-In/SiO2催化剂较低的苯加氢及C-C键氢解活性与In对表面连续Ni位隔离作用及金属镍位电子云密度提高有关.在优化的反应条件下,Ni质量含量为40%、Ni/In比为40的Ni-In/SiO2催化剂上三苯收率为60.4%,高于相同Ni质量含量Ni/SiO2催化剂上三苯收率(51.6%).

English

    1. [1] J. C. Serrano-Ruiz, J. A. Dumesic, Energy Environ. Sci., 2011, 4, 83-99.

    2. [2] C. J. Liu, H. M. Wang, A. M. Karim, J. M. Sun, Y Wang, Chem. Soc. Rev., 2014, 43, 7594-7623.

    3. [3] W. Mu, H. X. Ben, A. Ragauskas, Y. L. Deng, Bioenerg. Res., 2013, 6, 1183-1204.

    4. [4] H. M. Wang, J. Male, Y. Wang, ACS Catal., 2013, 3, 1047-1070.

    5. [5] M. Saidi, F. Samimi, D. Karimipourfard, T. Nimmanwudipong, B. C. Gates, M. R. Rahimpour, Energy Environ. Sci., 2014, 7, 103-129.

    6. [6] A. M. Robinson, J. E. Hensley, J. W. Medlin, ACS Catal., 2016, 6, 5026-5043.

    7. [7] P. M. Mortensen, J. D. Grunwaldt, P. A. Jensen, K. G. Knudsen, A. D. Jensen, Appl. Catal. A, 2011, 407, 1-19.

    8. [8] W. P. Deng, H. X. Zhang, L. Q. Xue, Q. H. Zhang, Y. Wang, Chin. J. Catal., 2015, 36, 1440-1460.

    9. [9] S. H. Jin, Z. H. Xiao, C. Li, X. Chen, L. Wang, J. C. Xing, W. Z. Li, C. H. Liang, Catal. Today, 2014, 234, 125-132.

    10. [10] X. L. Zhu, L. L. Lobban, R. G. Mallinson, D. E. Resasco, J. Catal., 2011, 281, 21-29.

    11. [11] D. C. Elliott, Energy Fuels, 2017, 21, 1792-1815.

    12. [12] Y. Romero, F. Richard, S. Brunet, Appl. Catal. B, 2010, 98, 213-223.

    13. [13] P. M. Mortensen, D. Gardini, H. W. P. de Carvalho, C. D. Damsgaard, J. D. Grunwaldt, P. A. Jensen, J. B. Wagner, A. D. Jensen, Catal. Sci. Technol., 2014, 4, 3672-3686.

    14. [14] W. S. Lee, Z. S. Wang, R. J. Wu, A. Bhan, J. Catal., 2014, 319, 44-53.

    15. [15] D. J. Rensel, S. Rouvimov, M. E. Gin, J. C. Hicks, J. Catal., 2013, 305, 256-263.

    16. [16] R. N. Olcese, M. Bettahar, D. Petitjean, B. Malaman, F. Giovanella, A. Dufour, Appl. Catal. B, 2012, 115-116, 63-73.

    17. [17] A. M. Robinson, G. A. Ferguson, J. R. Gallagher, S. Cheah, G. T. Beckham, J. A. Schaidle, J. E. Hensley, J. W. Medlin, ACS Catal., 2016, 6, 4356-4368.

    18. [18] Q. H. Tan, G. H. Wang, A. Long, A. Dinse, C. Buda, J. Shabaker, D. E. Resasco, J. Catal., 2017, 347, 102-115.

    19. [19] J. X. Chen, H. Shi, L. Li, K. L. Li, Appl. Catal. B, 2014, 144, 870-884.

    20. [20] Y. X. Yang, C. Ochoa-Hernández, V. A. de la Peña O'Shea, P. Pizarro, J. M. Coronado, D. P. Serrano, Appl. Catal. B, 2014, 145, 91-100.

    21. [21] M. Chia, Y. J. Pagán-Torres, D. Hibbitts, Q. H. Tan, H. N. Pham, A. K. Datye, M. Neurock, R. J. Davis, J. A. Dumesic, J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 12675-12689.

    22. [22] J. M. Sun, A. M. Karim, H. Zhang, L. Kovarik, X. H. S. Li, A. J. Hensley, J. S. McEwen, Y. Wang, J. Catal., 2013, 306, 47-57.

    23. [23] L. Nie, P. M. de Souza, F. B. Noronha, W. An, T. Sooknoi, D. E. Re-sasco, J. Mol. Catal. A, 2014, 388-389, 47-55.

    24. [24] S. Leng, X. Wang, X. D. He, L. B. Liu, Y. E. Liu, X. Zhong, G. L. Zhuang, J. G. Wang, Catal. Commun., 2013, 41, 34-37.

    25. [25] S. A. Khromova, A. A. Smirnov, O. A. Bulavchenko, A. A. Saraev, V. V. Kaichev, S. I. Reshetnikov, V. A. Yakovlev, Appl. Catal. A, 2014, 470, 261-270.

    26. [26] T. M. Huynh, U. Armbruster, M. M. Pohl, M. Schneider, J. Radnik, D. L. Hoang, B. M. Q. Phan, D. A. Nguyen, A. Martin, ChemCatChem, 2014, 6, 1940-1951.

    27. [27] I. Gandarias, J. Requies, P. L. Arias, U. Armbruster, A. Martin, J. Catal., 2012, 290, 79-89.

    28. [28] J. G. Dickinson, P. E. Savage, ACS Catal., 2014, 4, 2605-2615.

    29. [29] C. M. Li, Y. D. Chen, S. T. Zhang, S. M. Xu, J. Y. Zhou, F. Wang, M. Wei, D. G. Evans, X. Duan, Chem. Mater., 2013, 25, 3888-3896.

    30. [30] A. C. Badari, S. Harnos, F. Lónyi, G. Onyestyák, M. Štolcová, A. Kaszonyi, J. Valyon, Catal. Commun., 2015, 58, 1-5.

    31. [31] G. Onyestyák, S. Harnos, D. Kalló, Catal. Commun., 2011, 16, 184-188.

    32. [32] Y. J. Chen, J. X. Chen, Appl. Surf. Sci., 2016, 387, 16-27.

    33. [33] M. Kosa, H. X. Ben, H. Theliander, A. J. Ragauskas, Green Chem., 2011, 13, 3196-3202.

    34. [34] H. X. Ben, A. J. Ragauskas, Energy Fuels, 2011, 25, 2322-2332.

    35. [35] E. Furimsky, Appl. Catal. A, 2000, 199, 147-190.

    36. [36] J. A. Cecilia, A. Infantes-Molina, E. Rodríguez-Castellón, A. Jimé-nez-López, S. T. Oyama, Appl. Catal. B, 2013, 136-137, 140-149.

    37. [37] B. Mile, D. Stirling, M. A. Zammitt, A. Lovell, M. Webb, J. Catal., 1988, 114, 217-229.

    38. [38] K. L. Li, R. J. Wang, J. X. Chen, Energy Fuels, 2011, 25, 854-863.

    39. [39] B. J. Keene, Int. Mater. Rev., 1993, 38, 157-192.

    40. [40] H. L. Skriver, N. M. Rosengaard, Phys. Rev. B, 1992, 46, 7157-7168.

    41. [41] A. M. Venezia, R. Bertoncello, G. Deganello, Surf. Interface Anal., 1995, 23, 239-247.

    42. [42] V. V. Kaichev, A. Y. Gladky, I. P. Prosvirin, A. A. Saraev, M. Hävecker, A. Knop-Gericke, R. Schlögl, V. I. Bukhtiyarov, Surf. Sci., 2013, 609, 113-118.

    43. [43] G. Hollinger, R. Skheyta-Kabbani, M. Gendry, Phys. Rev. B, 1994, 49, 11159-11167.

    44. [44] M. Procop, J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom., 1992, 59, 1-10.

    45. [45] K. Hadjiivanov, M. Mihaylov, D. Klissurski, P. Stefanov, N. Ab-adjieva, E. Vassileva, L. Mintchev, J. Catal., 1999, 185, 314-323.

    46. [46] K. G. Fang, J. Ren, Y. H. Sun, J. Mol. Catal. A, 2005, 229, 51-58.

    47. [47] R. C. Runnebaum, T. Nimmanwudipong, D. E. Block, B. C. Gates, Catal. Sci. Technol., 2012, 2, 113-118.

    48. [48] W. Y. Wang, K. Wu, P. L. Liu, L. Li, Y. Yang, Y. Q. Wang, Ind. Eng. Chem. Res., 2016, 55, 7598-7603.

    49. [49] S. K. Wu, P. C. Lai, Y. C. Lin, H. P. Wan, H. T. Lee, Y. H. Chang, ACS Sustain. Chem. Eng., 2013, 1, 349-358.

    50. [50] Y. X. Yang, C. Ochoa-Hernández, V. A. de la Peña O'Shea, P. Pizarro, J. M. Coronado, D. P. Serrano, Appl. Catal. B, 2014, 145, 91-100.

    51. [51] S. Leng, X. D. Wang, X. B. He, L. Liu, Y. E. Liu, X. Zhong, G. L. Zhuang, J. G. Wang, Catal. Commun., 2013, 41, 34-37.

    52. [52] D. M. Shi, L. Arroyo-Ramírez, J. M. Vohs, J. Catal., 2016, 340, 219-226.

    53. [53] S. H. Hu, M. W. Xue, H. Chen, Y. L. Sun, J. Y. Shen, Chin. J. Catal., 2011, 32, 917-925.

    54. [54] B. S. Gevert, J. E. Otterstedt, F. E. Massoth, Appl. Catal., 1987, 31, 119-131.

    55. [55] S. A. Khromova, A. A. Smirnov, O. A. Bulavchenko, A. A. Saraev,V. V. Kaichev, S. I. Reshetnikov, V. A. Yakovlev, Appl. Catal. A, 2014, 470, 261-270.

    56. [56] M. Q. Chai, X. Y. Liu, L. Li, G. X. Pei, Y. J. Ren, Y. Su, H. K. Cheng, A. Q. Wang, T. Zhang, Chin. J. Catal., 2017, 38, 1338-1346.

    57. [57] J. H. Sinfelt, Acc. Chem. Res., 1977, 10, 15-20.

    58. [58] G. A. Mills, F. W. Steffgen, Catal. Rev., 1974, 8, 159-210.

    59. [59] B. Hammer, Y. Morikawa, J. K. Nörskov, Phys. Rev. Lett., 1996, 76, 2141-2144.

    60. [60] Y. Okamoto, E. Matsunaga, T. Imanaka, S. Teranishi, J. Catal., 1982, 74, 183-187.

    61. [61] L. Y. Gan, R. Y. Tian, X. B. Yang, H. D. Lu, Y. J. Zhao, J. Phys. Chem. C, 2012, 116, 745-752.

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  1
  • 文章访问数:  1250
  • HTML全文浏览量:  212
文章相关
  • 收稿日期:  2017-06-06
  • 修回日期:  2017-09-01
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