Pd/Amberlyst-45催化剂催化水相中苯酚选择性加氢制环己酮(英文)

环己酮是重要的有机化工原料和工业溶剂,是制造尼龙、己内酰胺和己二酸的主要中间体,环己酮的绿色生产工艺受到人们关注.目前全世界环己酮年产量接近900万吨,但环己酮生产仍主要以环己烷为原料,采用富氧空气氧化为环己基过氧化氢,再在铬酸叔丁酯催化剂作用下分解为环己醇和环己酮的混合物,然后经一系列蒸馏精制后得到环己酮、工艺复杂、能耗高,而且设备腐蚀、环境污染及安全问题严重.因此,大量工作正致力于新工艺和新催化剂研究,其中光催化氧化、分子筛催化氧化和金属氧化物催化氧化等都有相关报道,同时还有学者开发了其它环己酮制备新方法,如环己烯水合法、苯加氢法、环己醇氧化法和苯酚加氢法等.苯酚直接选择性加氢合成环己酮研究具有重要意义.苯酚加氢通常有两种工艺,气相加氢和液相加氢,由于液相加氢具有无需将反应物汽化、能耗较低和催化剂反应活性高等优势而受到广泛关注.但是目前大量文献报道的苯酚加氢过程仍需要高温条件且较易产生环己醇和环己烷等副产物,大部分催化反应需在有机溶剂中进行,因此如何提高环己酮选择性,减小环境影响成为近年来的热门课题.在过去数年中,人们筛选了大量催化剂,其中Pd催化剂具有较高活性和目的产物选择性,因为其对羰基表现出较低的催化活性.研究还发现,催化剂载体对苯酚加氢产物分布有重要影响,酸性载体或酸性助剂的加入均能提高苯酚转化率和环己酮选择性,可能的原因是催化剂表面可与苯酚羟基形成O-H…π强相互作用,使苯酚分子更容易吸附在载体表面,而一旦苯酚经催化加氢生成环己酮,由于失去羟基与载体表面相互作用,环己酮更容易从载体表面脱附,从而避免过度加氢生成环己醇,同时酸性位点可以增强Pd的电子密度,提高催化加氢活性.另外,通过添加助剂也可有效改善催化剂性能.然而,到目前为止,通过单一的一种催化剂仍然很难同时实现苯酚的高转化率和环己酮的高选择性.因此,开发新催化剂和简便的生产工艺对环己酮高效高质量生产具有重要意义.本文使用一种多孔、不易溶解的酸性离子交换树脂Amberlyst-45(A-45)为载体,采用简单的浸渍工艺制备了一系列不同Pd负载量的Pd/A-45催化剂,详细考察了催化剂在水相中对苯酚选择性加氢制环己酮的催化活性和选择性,包括反应温度、催化剂用量、反应时间和Pd负载量等对反应活性的影响及催化剂重复使用情况,并且与传统的SiO_2,ZnO,MgO,Al_2O_3和活性炭负载的Pd催化剂进行对比.研究发现,Pd/A-45催化剂在温和反应条件(40-100℃,0.2-1 MPa)下具有极高的催化活性和选择性,在适宜的反应条件下苯酚转化率达到100%,环己酮选择性高于89%.进一步分析由不同活性金属负载量制备的不同粒径Pd/A-45催化剂的活性规律发现,苯酚加氢生成环己酮是一个结构敏感型反应,其中Pd颗粒尺寸为12-14 nm时更有利于环己酮生成.     

聚合物稳定的Ru-Pt/γ-Al2O3双金属催化剂催化2,5-二氯硝基苯选择性加氢

 制备了以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)稳定的 Ru-Pt/γ-Al2O3负载型双金属催化剂,用于2,5-二氯硝基苯中的硝基选择性加氢. 考察了催化剂还原方法,反应温度、压力、时间和添加金属离子对反应的影响. 结果表明,用乙醇还原的Ru-Pt/γ-Al2O3催化剂性能明显好于用其它方法还原的催化剂,在50 ℃和氢气压力1.0 MPa的条件下反应1 h,转化率为41.4%,生成2,5-二氯苯胺的选择性为63.5%. 如果在上述反应条件下向该催化体系中加入Sn4+离子,反应的活性和选择性则大幅度提高,转化率达100%,选择性为77.6%,延长反应时间至4 h,选择性可达99.3%,并且没有脱氯产物的生成.     

苯酚加氢制环己酮用高效Pd/MgAl-LDO@Al2O3催化剂的制备及性能研究

环己酮是合成尼龙等材料的重要中间体, 但苯酚直接加氢反应制备环己酮容易生成环己醇而降低收率. 采用原位生长策略制备Pd/MgAl-LDO@Al₂O₃催化剂, 并用于苯酚选择性加氢反应, 获得的催化剂在高底物比条件具有良好的催化性能, 相较于Pd/Al₂O₃催化剂, Pd/MgAl-LDO@Al₂O₃催化剂使苯酚转化率显著增加, 苯酚转化率在97%时环己酮选择性可达88%. 利用X射线衍射(XRD)、程序升温脱附(TPD)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和X射线光电子能谱(XPS)等手段对催化剂结构进行表征发现在氧化铝上原位生长类水滑石结构能够优化催化剂孔结构并提高活性组分分散度, 且增加了载体表面碱位点的强度, 碱位点的存在影响了苯酚的吸附形式, 从而大幅增加环己酮的选择性. 此外, 当将Ni引入层状结构时, 通过NaBH₄的还原可获得PdNi合金结构. 动力学研究表明, 由于PdNi合金的形成, Pd/NiAl-LDO@Al₂O₃催化剂苯酚加氢反应的能垒低于Pd/MgAl-LDO@Al₂O₃, 同时合金结构导致环己酮选择性的明显降低.     

水溶性配合物[RuCl2(TPPTS)2]2催化卤代硝基苯选择性加氢

以合成的水溶性钌配合物[RuC l2(TPPTS)2]2作为催化剂,用于水/有机两相体系中催化卤代硝基苯中硝基的选择性加氢反应.以对-氯硝基苯为底物,考察了反应温度、氢气压力、催化剂浓度、水溶液的pH值等对对-氯硝基苯转化率和生成对-氯苯胺选择性的影响.在100℃,氢气压力3.0 MPa时,反应6h,对-氯硝基苯转化率可达100%,生成对-氯苯胺的选择性可达95.2%.该催化剂对其他卤代硝基苯的加氢反应也表现出较高的催化活性.     

水溶性含钌-铂双金属催化剂催化卤代芳香硝基化合物选择性加氢

考察了水溶性Ru/Pt-TPPTS双金属催化剂催化卤代芳香硝基化合物的加氢性能.实验结果表明,在Ru-TPPTS中添加铂或钯后,反应活性明显提高,尤其是Ru/Pt-TPPTS双金属催化剂更表现出显著的双金属协同效应.在pH₂=1.0MPa,70℃,反应2h的条件下,双金属催化剂0.50Ru/0.50Pt-TPPTS催化对-氯硝基苯加氢生成对-氯苯胺的反应转化率达到100%.对于取代基和取代位置不同的一些卤代硝基苯加氢,该双金属催化剂也表现出很高的催化活性和生成卤代苯胺的选择性,脱卤反应的程度很小.     

Ba修饰的Pd/A12O3对苯酚液相原位加氢制环己酮反应的催化性能

利用等体积浸渍法制备了一系列不同助剂修饰的Pd/AI2O3催化剂,并考察了催化剂对苯酚液相原位加氢制环己酮反应的催化性能.结果表明,Ba-Pd/AI2O3对苯酚液相原位加氧反应有较优的催化性能.当w(Ba)=3%时,苯酚转化率可比Pd/AI2O3催化剂提高近2倍.在优化的反应条件下,苯酚转化率可达100%,环己酮收率可达80%.利用透射电子显微镜、CO化学吸附、X射线衍射、N2吸附-脱附和CO2程序升温脱附等手段表征了不同Ba含量的Pd/AI2O3催化剂的物理化学性质.结果表明,Ba的添加可明显提高Pd在AI2O3表面的分散度,同时增强了催化剂表面的碱性.这是Ba-Pd/AI2O3对苯酚液相原位加氢制环己酮反应具有较优催化性能的重要原因.     

碳纳米管负载Pd/SnO2催化剂的制备及其催化邻氯硝基苯加氢性能

采用化学还原法制备了不同Sn/Pd摩尔比的碳纳米管(CNTs)负载Pd/SnO2催化剂,并将该催化剂用于邻氯硝基苯(o-CNB)的选择加氢反应.采用透射电镜、X射线衍射和电感耦合等离子体技术对所制备的Pd/SnO2/CNTs催化剂进行了表征.结果表明,Sn/Pd摩尔比对该催化剂的邻氯硝基苯选择加氢反应性能影响显著.当Sn/Pd摩尔比为11时,催化剂的活性最高,在常压,60℃反应60 min,o-CNB转化率为96%.该催化剂还具有高的邻氯苯胺(o-CAN)选择性,o-CNB转化率达到100%时,脱氯副产物苯胺选择性小于5%.在相同条件下,浸渍法制备的2.4%Pd/CNTs催化剂上脱氯副反应严重,当o-CNB完全转化时,o-CAN选择性只有22%,副产物苯胺选择性则高达78%.     

4,4'-二氨基三苯胺的合成与纯化

以苯胺和对硝基氯苯为原料,K2CO3作催化剂,合成出了中间产物4,4'-二硝基三苯胺(DNTPA).将中间产物用10%(质量分数)的Pd/C催化剂加氢催化还原,得到纯度为96.6%的目标产物4,4'-二氨基三苯胺(DATPA),合成总产率为38%.与其它方法相比,该方法原料便宜易得,纯度很高,产物可作为反应的单体原料.     

氮杂环卡宾的合成及在氢转移反应中的应用

利用氯甲基吡啶与咪唑反应制备了一系列含吡啶取代咪唑L1～L5,考察了所得咪唑衍生物与钌化合物在碱性条件下原位形成的氮杂卡宾钌络合物对苯胺与醇氢转移反应的催化活性.研究了碱的种类、钌前体、温度等对反应的影响,结果表明RuCl3 H2O/1-(2-吡啶甲基)-3-甲基碘化咪唑(L3)/KOH催化体系在185℃时对苯胺与乙二醇反应的催化活性较高,选择性生成N-羟乙基苯胺,TON(单位活性转化的底物分数)可达2130.此外,还考察了RuCl3 H2O/L3/KOH催化体系对苯胺与丁醇、环己醇、异丙醇、苯甲醇反应的催化性能.在催化剂作用下,醇与苯胺可形成亚胺及仲胺,伯醇可以自氢转移反应形成酯,反应产物的结构及选择性取决于醇的结构及反应条件.     

原位液相催化加氢法合成N-乙基苯胺和N，N-二乙基苯胺

以硝基苯为原料,Pt/γ-Al2O3为催化剂,乙醇水溶液为溶剂和氢供体,采用原位液相加氢一步法合成了N-乙基苯胺和N,N-二乙基苯胺.采用低温N2吸附-脱附、电感耦合等离子体发射光谱、X射线衍射、程序升温化学吸附和透射电子显微镜等对Pt/γ-Al2O3催化剂进行了表征,并考察了所制备催化剂的原位液相加氢性能.结果表明,在温度为503K、压力为5.0MPa、空速为3.2h-1、溶剂水含量为30%以及硝基苯浓度为8%的反应条件下,在Pt/γ-Al2O3催化剂上原位液相加氢合成N-乙基苯胺及N,N-二乙基苯胺有较好的结果,硝基苯转化率达到100%,N-乙基苯胺和N,N-二乙基苯胺的总收率达到99.5%.讨论了硝基苯原位液相加氢合成N-乙基苯胺和N,N-二乙基苯胺的反应机理.     

Pd/TiN nanocomposite catalysts for selective hydrogenation of phenol and its derivatives

Pd/TiN nanocomposite catalysts were fabricated for one-step selective hydrogenation of phenol to cyclohexanone successfully. High conversion of phenol (99%) and selectivity of cyclohexanone (98%) were obtained at 30℃ and 0.2 MPa H₂ for 12 h in the mixed solvents of H₂O and CH₂Cl₂. The Pd nanoparticles were stable in the reaction, and no aggregation was detected after four successive runs. The catalytic activity and selectivity depended on slightly the Pd particle sizes. The generality of the catalysts for this reaction was demonstrated by the selective hydrogenation of phenol derivatives, which showed that the catalyst was selective for the formation of cyclohexanone.     

Pd-Ce-B/水滑石催化液相苯酚选择性加氢制环己酮

以Al3 /(Al3 Mg2 )摩尔比为0.2的水滑石(HT)为载体,采用还原浸渍法制备了负载型Pd-Ce-B/HT催化剂,并将其应用于液相苯酚选择性加氢制环己酮.与Pd-Ce-B/Al2O3,Pd-Ce-B/MgO和Pd-Ce-B/SiO2相比,Pd-Ce-B/HT催化剂具有高活性和高环己酮选择性.5.8%Pd-Ce-B/HT上苯酚的转化率和环己酮的选择性分别达82.0%和80.3%,显示了其潜在的工业化应用前景.根据多种表征结果,初步讨论了催化剂的构效关系以及添加剂Ce3 和载体酸碱性对催化性能的促进作用.     

Influence of the Charge Transfer Capacity of Alkali and Alkaline Earth Metals as Promoters in Thehydrogenation of Phenol over Palladium and Nickel Catalysts

The gas phase hydrogenation (523-573 K) of phenol has been studied over 1 wt.% Pd/Al₂O₃ and 1 wt.% Ni/SiO₂ catalysts doped with Group I and II promoter oxides. A direct correlation between catalytic activity and the charge transfer capacity of the promoters is presented where hydrogenation is favored by increasing electron donation from the promoter. The Pd catalysts generated cyclohexanone (selectivity > 97%) as the predominant product; selectivity was unaffected by the presence of the alkali or alkaline earth dopants. The Ni system exhibited appreciable hydrogenolysis behavior and charge transfer from the dopants limited the degree of hydrodeoxygenation to favor complete hydrogenation to cyclohexanol.     

Pd催化糠醛加氢反应中溶剂依赖效应的理论计算

糠醛催化加氢反应工艺主要分为气相、液相以及催化转移加氢等.相比于糠醛气相加氢,液相加氢为反应提供了更多的可持续性和自由度,但其中溶剂依赖现象对糠醛定向催化转化的影响机制尚不清晰.针对上述问题,本文选用3种溶剂(甲醇、水和环己烷)为研究对象,采用密度泛函方法,从理论计算角度探究了Pd催化糠醛加氢反应中溶剂效应对反应活性和选择性的重要作用.结果表明,在糠醛加氢反应过程中,溶剂一方面能够形成氢键网络促进质子穿梭,另一方面能够稳定反应物、中间体以及生成物,有效降低C=O加氢的能垒.自由能计算结果表明,在液态水、甲醇和环己烷中,随着溶剂极性的降低(水>甲醇>环己烷),第一步C=O氢化的能垒逐渐降低(0.70 eV>0.68 eV>0.44 eV).在水和甲醇介导的糠醛加氢反应过程中,第一步C=O加氢的反应势垒进一步降低为0.47和0.41 eV.差分电荷密度以及Bader电荷分析表明,反应过程中存在糠醛和Pd催化剂之间的电荷转移.分波态密度(PDOS)分析表明,溶剂的加入使d带中心向靠近费米能级的方向移动,表明Pd催化剂的催化活性得到提高.     

低共熔混合物体系中合成无定型的磷酸氧钒催化剂及应用

以尿素/氯化胆碱形成的离子型低共熔混合物溶剂作为反应介质,采用离子液体热合成法制备磷酸氧钒材料.傅里叶变换红外光谱(IR)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量弥散X射线谱(EDS)和氧化还原滴定表征结果表明:该材料为无定型的、混合价态的纳米尺寸钒磷酸盐,因此可暴露更多的活性位,从而提高催化活性.将其用于环己醇氧化反应,研究反应时间、温度、反应物配比等因素对反应的影响,最终使环己酮的选择性及收率分别达到93.5%和51.4%.     

The Role of Nitrogen-doping in the Catalytic Transfer Hydrogenation of Phenol to Cyclohexanone with Formic Acid over Pd supported on Carbon Nanotubes

Highly selective one-step hydrogenation of phenol to cyclohexanone, an important intermediate in the production of nylon 6 and nylon 66, is desirable but remains a challenge. Pd nanoparticles supported on nitrogen- and oxygen-functionalized carbon nanotubes (NCNTs, OCNTs) were prepared, characterized, and applied in the hydrogenation of phenol to cyclohexanone to study the effect of N-doping. Almost full conversion of phenol with high selectivity to cyclohexanone was achieved over Pd/NCNT under mild reaction conditions using either H₂ or formic acid (FA) as a hydrogen source. The effects of reaction temperature and FA/phenol ratio and the reusability were investigated. Separate FA decomposition experiments without and with the addition of phenol were performed to investigate the reaction mechanism, especially the deactivation behavior. Deactivation was observed for both catalysts during the FA decomposition, while only Pd/OCNT rather than Pd/NCNT was deactivated in the transfer hydrogenation with FA and the FA decomposition in the presence of phenol, indicating the unique role of N-doping. Therefore, we assume that deactivation is caused by the strongly bound formates on the active Pd sites, suppressing further FA decomposition and/or transfer hydrogenation on Pd. The nonplanar adsorption of phenol on NCNTs via weak O−H⋅⋅⋅N interactions enables the occurrence of the subsequent hydrogenation by adsorbed formate on Pd.     

Unexpected Pd-catalyzed hydrogenation of phenol to 2-cyclohexene-1-one: enhanced activity and selectivity assisted by molecular oxygen

Addition of O(2) enables the liquid-phase hydrogenation of phenol using H(2) at low temperatures under atmospheric pressure with an unexpected selectivity towards 2-cyclohexene-1-one rather than cyclohexanone. As a catalyst, as-synthesized Pd/MCM-41 including the residual templates within the mesoporous channels exhibits a prominent positive effect on the catalytic performance.     

CeO2负载的Cu, Ir和Pd催化剂上的醇转移脱氢反应

 研究了CeO2负载的Cu, Ir和Pd催化剂上的醇转移脱氢反应. 利用催化剂体系脱氢和加氢功能的偶合,在较温和的反应条件下实现了二级脂肪醇的高选择性转移脱氢. 其中, Ir/CeO2催化剂表现出较高的催化活性,其TOF值达16.0 h-1.     

氧化苯乙烯加氢制β-苯乙醇的研究

以环氧苯乙烯为原料,在Ni/Al2O3或Pd/Al3O2存在下催化加氢制得β－苯乙醇。考察了催化剂种类,催化剂和助剂用量、反应压力、温度及溶剂用量对转化率的影响,在优化条件下转化率近100％,催化剂可循环使用。