n为满足所有元素混合氧化物的氧原子数。
典型的丙烷氨氧化为丙烯腈的催化剂有:
Mo1V0.3Sb0.2Nb0.06Ti0.1Tb0.005On、Mo1V0.3Sb0.2Nb0.06Ti0.1Nd0.005On和Mo1V0.3Sb0.2Nb0.06Ti0.1Sm0.005On等。
Mo1V0.3Sb0.2Nb0.06Ti0.1Tb0.005On催化剂制法如下,向衬有聚四氟乙烯的小型反应釜中加入1.0g三氧化钼、2.0mLVOSO4、2.849mLSb2O3浆液、TiO22.5mL浆液、Tb(OAc)30.875mL、草酸铌2.1mL和去离子水2.98mL。
将上述混合物加热至175 ℃,反应48h,冷却至室温。
放出反应产物、过滤、滤饼用去离子水洗涤3次。
在90 ℃下烘干12h,破碎,在600 ℃氮气下煅烧,过筛(60目)制成催化剂,利用制得的催化剂,在420 ℃下,WHSV=0.1下,给料比C3H8∶NH3∶O2∶He为1∶1.4∶3∶12(质量比)进行气相氨氧化丙烷为丙烯腈,丙烯腈产率为53%,丙烷转化率83%,丙烯腈选择性64%。
2.3气相氧化丙烯醛为丙烯酸催化剂
Junzo·Ohishi等研制出一种氧化丙烯醛为丙烯酸的新型催化剂。
该催化剂为Mo12V3W1.2Cu1.2Sb0.5,此外,这类催化剂尚可含少量Mg、K和Fe等。
这类催化剂载体可为r-Al2O3等。
Mo12V3W1.2Cu1.2Sb0.5催化剂制法如下:
向一反应釜中先加入600份(质量)去离子水,将水加热至95~100 ℃,搅拌,再加入16.26份钨酸铵、18.22份偏钒酸铵和110份钼酸铵,使其溶解,再加入7.75份醋酸锑溶液。
在另一反应釜中,先加入96份去离子水,15.56份硫酸铜,溶解得硫酸铜水溶液。
再将2台反应釜的溶液混合在一起,得到一种混合液。
再将混合液以一定的速率进行喷雾干燥,喷嘴出口温度为100 ℃,喷雾干燥得到颗粒状粉末,再在390 ℃下煅烧,煅烧后产品经研磨。
最后将12份(质量)的煅烧粉末与36份三氧化二铝粉末载体捏合成4mm,喷洒上20%的甘油溶液,再在390 ℃下煅烧5h,煅烧时升温速度为70℃/h,冷至室温得出Mo12V3W1.2Cu1.2Sb0.5,气相氧化丙烯醛为丙烯酸催化剂。
用这种催化剂进行丙烯醛氧化生产丙烯酸试验,在245 ℃氧化。
丙烯酸产率97.9%,丙烯酸选择性98.7%。
丙烯醛转化率为99.2%。
2.41-丁烯氧化脱氢生产1,3-丁二烯催化剂
1,3-丁二烯具有优异的稳定性和机械稳定性,是合成橡胶,如合成丁苯橡胶,顺-1,4-丁二烯橡胶、氯丁橡胶、ABS树脂、丁苯乳胶和聚酰胺等的重要原料。
ShinchaEHO等研制出一种铋钼铁等多金属氧化催化剂,该剂用于1-丁烯氧化脱氢生产1,3-丁二烯,用这种催化剂时,1-丁烯转化为1,3-丁二烯的产率高,1-丁烯的转化率高、1,3-丁二烯的选择性高,催化活性持久且抗老化。
该催化剂的制法如下:
将铋溶液与铁溶液前驱体混合均匀再与钼酸盐溶液,如仲钼酸铵水溶液混合,调整pH值,进行水热合成,过滤,洗涤后,在120 ℃下烘干8h,再在500℃煅烧4h,得出Bi∶Mo∶Fe摩尔比为1∶0.6~1∶0.1~1.26的BiMoFeOn催化剂。
2.5 甲烷干式重整催化剂
传统上甲烷干式重整生产合成气(H2+CO)和制备燃料电池是用铂钯金铑铱和钌等催化剂,尽管这些贵金属显示优异的催化活性且抗积炭,但由于它们的价格昂贵限制了其应用。
镍钴催化剂虽然也具有催化活性,但它们积炭,容易失活。
研制既有催化活性又不积炭(抗积炭)的催化剂十分引人注目。
研究显示,碳化钼如Mo2C·MoC和Mo2C/Al2O3是甲烷干式重整生产合成气的良好催化剂。
Mohamed·H·Khan推出一种碳化钼催化剂制法。
在哈帕旋转管式炉中(HarperRotatingTubeFurnace),将MoO3与1∶1H2、CO(体积)反应,反应分3段进行,第1段反应区温度为590 ℃,反应5h,然后在第2段和第3段反应(反应温度分别为760 ℃和790 ℃),各反应3h。
反应后得出比表面39m2/g的Mo2C。
化学分析结果是该Mo2C为结合碳,游离碳<0.04%。
利用这种催化剂在管式炉中进行甲烷重整,在850 ℃与甲烷接触,出口CO产率为47%,与理论产率接近,72h后仍可观测到明显的反应。
2.6 由合成气生产乙醇催化剂
合成气是氢和一氧化碳混合物。
理论上,合成气可由各类含碳原料生产,如天然气、石油、煤和褐煤。
此外也可由各种富碳废料生产合成气。
生产合成气,由合成气再生产乙醇已引起科学家的极大兴趣。
早在20世纪20年代就有人利用各种催化剂生产混合醇(C1~C4混合醇),如美国陶式化学公司和著名的联合碳化物公司等曾用二硫化钼作催化剂从合成气来生产混合醇。
2009年,Karl·Kharas等研究了用钴钼硫作催化剂从合成气来生产乙醇。
这种催化剂在反应器中与合成气在325~340 ℃下接触一定时间后可制出C1~C4混合醇或乙醇。
除CO-Mo-S催化剂外,Ni-Mo-S和Co-W-S等也属于这种催化剂。
2.7 热解含碳气体生产碳纤维催化剂
碳纤维,包括SWNts(Single-walledcarbonnanotubes)单壁碳纳米管是21世纪新型材料。
这种材料的碳-碳键合、纳米尺寸使得它拥有许多人们意想不到的奇特性能,特别是机械、电性和磁性等。
在现实中它的用途十分宽广,在可以预见的未来其应用无限广阔。
2000年梦想波音787客机成功试飞,它的机体用碳纤维代替传统的铝合金,机身不但强度大且体轻,从而节省了20%的航空燃料。
由碳纤维制成的石油探管可承受高温(260 ℃)、高压(2.4MPa),可探明和开采藏在5000m以下的石油,从而大幅度提高了石油的储量。
碳纳米管强度高,且韧性好是理想的导体,医学家将其植入人体大脑(套在电极上),通过电流可治疗抑郁症和帕金森病引起的颤抖症。
科学家用热电波通过纳米碳管传导进而推动碳纳米管使电子移动产生电流发电。
当今,科学家和工程师研制出许多生产碳纤维的工艺。
其中热解含碳气体生产碳纤维工艺引人注目,热解法生产碳纤维的关键技术是选择活化高的催化剂。
目前,催化热解碳物料生产碳纤维的催化剂主要有:
CoMo/SiO2、NiMo/SiO2、RuMo/SiO2、Pb-Mo/SiO2、IrMo/SiO2、PtMo/SiO2、CoRe/SiO2、NiRe/SiO2、NiCrMo/SiO2、CrFeNiMo/SiO2和CuFeZn/SiO2等。
研究显示,催化活性金属,如CoMo和NiCrMoFe等应该沉积在SiO2载体上,而不能沉积在r-Al2O3载体上。
催化剂的活性与Co∶[KG-*2]Mo摩尔比有关,一般来说采用Co∶[KG-*2]Mo摩尔比为1∶4的CoMo/SiO2催化剂单壁碳米管产率较高,非晶质碳产率较低。
典型SiO2载体是硅胶制成的,著名的SiO2载体产自Aldrich化学公司,其粒径为70~230目,粒径较小,平均孔径为6mm,比表面480m2/g、孔容为0.75cm3/g。
CoMo/SiO2催化剂的制法,将SiO2载体置于硝酸钴和钼酸铵溶液中浸渍,浸渍后过滤,滤饼在120 ℃下烘干8h,在500 ℃下煅烧4h,得出催化剂。
通用电气公司制取NiCrMo/SiO2催化剂的方法是将上述3种金属用溅射枪,以氩气作溅射气体沉积在SiO2载体上。
在200 ℃的氮气下退火24h制得NiCrMo/SiO2催化剂。
将适量的NiCrMo/SiO2催化剂放入无任何挥发物的化学气相沉积釜中,用5∶1(体积)的高纯氢和高纯氩混合气流冲洗,加温使釜内温度从室温逐渐提高至500 ℃,而后用乙烯气流代替氩气流。
乙烯∶氢(体积)为5∶1,乙烯与催化剂接触约1.5h,而后将反应釜冷至室温,用超声波从催化剂上“洗下”催化热解的产品,经高分辨率电子显微镜观测,得出直径约50nm的碳纤维。
用类似方法,于化学气相沉积釜中,放入摩尔比为1∶4的CoMo/SiO2催化剂,以一氧化碳为碳源通入一氧化碳和氢气,在700 ℃下与催化剂接触1h,产品洗下后,用扫描电镜、透射电镜、X-射线衍射和拉曼光谱等观测,该产品中94%为单壁碳纳米管,1%为多壁,5%为非晶质碳。
2.8 煤液化
煤液化是将煤,尤其是烟煤在高温与高压下与氢反应,在催化剂促进下转化为清洁的液体燃料或气化为气态燃料。
美国是世界上最早研究和实现煤液化的国家,早在20世纪70年代阿马科公司和宾夕法尼亚大学就研究了宾夕法尼亚州最大的烟煤煤田液化。
我国的华神煤炭集团等也实现了煤的液化。
煤的液化或气化使用的催化剂有CoMo/r-Al2O3催化剂、二乙基己基二硫代磷酸钼,二乙基己基二硫代氨基甲酸钼和四硫代钼酸铵等。
Angelov.Chavder.Angelov等采用FeO·ZnO·MoO3/r-Al2O3作煤液化的催化剂。
2.9 废气净化催化剂
近年来,燃煤锅炉、燃煤发电等产业排放的废气含一定数量的NOX污染环境,许多煤碳中含有较高数量的磷和砷化合物,还有一些煤中含钙类化合物,这类化合物,可毒化传统的废气净化催化剂。
为此,许多化学家研制了新型脱氮催化剂来处理含氮废气,同时新研制的催化剂还应抑制废气中的二氧化硫的氧化,以防二氧化硫被氧化为三氧化硫,进一步转化成硫酸而腐蚀相关设备。
KaToYosuyoshi等研制出一种废气净化催化剂,其组分为TiMoVBiOn,催化剂中Ti∶Mo∶V比(原子)为75~98∶1~15∶0.1~10。
Bi∶Mo为0.1~0.8。
该催化剂制法如下,将比表面为90m2/g的二氧化钛、107g钼酸铵、146.5 g硝酸铋、404 g硅胶和50mL去离子水放入捏合机中捏合30 min,然后再放入28.3g偏钒酸铵再捏合40min,再放入151g二氧化硅-三氧化二铝陶瓷纤维再捏合30min,烘干,在500 ℃下煅烧2h制成TiMoVBiOn催化剂,用这种催化剂处理含NOX200 mg/kg和含P和As的废气,脱氮率为68%~72%。
ShinyukiMasaki制成一种TiO2∶SiO2∶MoO3∶V2O5比(质量)为71.25∶14.25∶9∶15的废气净化催化剂,用这种催化剂处理含NOX200mg/kg、SO21000mg/kg、NH3 200mg/kg、O2 16%、H2O1.5%,其余为N2的废气,脱氮率为97.6%,二氧化硫氧化率为0.2%。
2.10纳米钼基催化剂
Climax工程材料公司用升华炉以工业氧化钼为前驱体产出直径为100nm的三氧化钼,炉的产能约250kg。
这种纳米三氧化钼条用来作氟化三氯甲苯氧化为三氟甲苯或氟化多氯甲苯氧化为多氟甲苯的催化剂。
Hagemeyer.alfred制出纳米钼钒等多金属氧化物晶体,用来作丙烯醛氧化为丙烯酸的催化剂。
G.Nagaraju等以硝酸银和钼酸铵水溶液为前驱体,用水热合成法制出纳米钼酸银棒,该纳米棒用作各类氧化反应的催化剂。
许多工程师制出纳米级二硫化钼用来作加氢、加氢脱硫催化剂。
纳米钼基催化剂比表面大,活化高,其应用前景十分广阔。
参考文献:
1.秦玉楠新型含钼催化剂的研制开发和应用效果。
中国钼业,1996(6)28—32
2.秦玉楠钼系催化剂的生产技术。
中国钼业,1994
(1)18—21
3.大竹正之,小野田武,触媒。
18.169.1976
4.张文正,孙国英。
世界钼系催化剂的开发与应用现状。
5.翁昊民,钼系列杂多酸催化剂。
中国钼业。
6.秦玉楠,有机钼化合物的精细合成。
中国钼业,1994(5).23—27.
7.朱权力、赵旭涛,催化学报。
8.王晓器、李伟、陶克益。
分子催化。
9.张东明、赫然。
钼催化剂回收现状及发展前景。
2008.9.12(6)。
10.刘世强,王斌。
钼催化剂深度研究进展。