活性炭表面化学性质对负载Cu颗粒性质及催化甲醇氧化羰基化反应的影响

张国强, 郑华艳, 郝志强, 李 忠

(太原理工大学, 煤科学与技术教育部和山西省重点实验室, 太原 030024)



活性炭表面化学性质对负载Cu颗粒性质及催化甲醇氧化羰基化反应的影响

张国强, 郑华艳, 郝志强, 李 忠

(太原理工大学, 煤科学与技术教育部和山西省重点实验室, 太原 030024)

分别以在氮气和氨气气氛下热处理得到的活性炭(AC)为载体, 采用浸渍焙烧法制备了Cu/AC催化剂, 考察了AC表面化学性质对催化剂组成、 Cu物种颗粒尺寸以及催化甲醇氧化羰基化反应性能的影响. 对AC载体和相应Cu/AC催化剂的表征结果表明, AC在氮气中于600 ℃热处理后表面大部分羧基被消除, 有利于催化剂中Cu物种的分散和减小颗粒尺寸; 进一步升高温度至800 ℃, AC表面部分内酯、 酸酐、 酚类和醚类官能团被消除, 导致催化剂中Cu物种发生团聚和烧结. 随着表面含氧官能团数量的减少, 前驱体与载体之间的相互作用力减弱, 促进Cu2+还原为Cu+或Cu0. 而氨气气氛下热处理会导致AC表面更多含氧官能团被消除, 但同时引入了吡啶氮、 吡咯氮和4价氮等含氮官能团, 更利于催化剂中Cu物种的分散和减小颗粒尺寸. 随着表面含氮官能团数量的增加, 前驱体与载体之间的相互作用力增强, 抑制了Cu2+的还原. 实验结果表明, 催化剂的活性随着Cu物种的颗粒尺寸而改变, 当以氨气气氛下于800 ℃热处理的AC为载体时, Cu物种的颗粒尺寸最小(6.8 nm), 催化性能最佳, 催化反应的甲醇转化率、 碳酸二甲酯(DMC)的时空收率和选择性分别为9.6%, 278.7 mg·g-1·h-1和68.3%.

表面化学……