二硝基甲苯低压加氢 Ni-La-B 非晶态合金催化剂的制备及结构表征

doi:10.3724/SP.J.1088.2012.20324

摘要/Abstract

摘要： 用化学还原法制备了 Ni-La-B 非晶态合金催化剂, 并采用 X 射线衍射、透射电镜、差热分析、X 射线光电子能谱、电感耦合等离子光谱和 H₂ 程序升温脱附技术对催化剂进行了表征, 研究了 La 含量对催化剂微观结构及其催化二硝基甲苯 (DNT) 加氢制二氨基甲苯 (DAT) 性能的影响. 结果表明, 随着助剂 La 含量的增加, Ni-La-B 催化剂中非晶态结构的无序程度增大, 催化剂平均粒径逐渐由 70 nm 左右减小至 10 nm 左右, 分布更加均匀; 同时降低了 Ni 吸附 H2 的强度, 使 H₂ 吸附物种更易于在催化剂表面流动并参与反应. 另外, La 助剂还显著提高了催化剂的热稳定性和抗氧化性. 在二硝基甲苯加氢反应中, 催化剂性能随着 La 加入量提高至 6% (摩尔分数) 时, 1 MPa 低压条件下 DNT 转化率和 DAT 选择性均达 100%. 当 La 加入量为 8% 时, 催化剂的 Ni 活性中心数明显减少, 其活性下降.

关键词: 二硝基甲苯, 甲苯二胺, 非晶态合金, 镍基催化剂, 镧助剂

Abstract: Ni-La-B amorphous alloy catalyst was prepared by KBH₄ reduction for liquid phase hydrogenation of dinitrotoluene (DNT) to diaminotoluene (DAT). The effect of La content on microstructure and catalytic performance of Ni-La-B amorphous alloy catalyst for DNT hydrogenation was investigated. The catalyst was characterized by X-ray diffraction, transmission electron microscopy, differential scanning calorimetry, X-ray photoelectron spectroscopy, inductively coupled plasma emission spectroscopy, and H₂ temperature-programmed desorption. The results showed that the addition of La could enhance the degree of long-range disorder, reduce the particle diameter from 70 to 10 nm, weaken the strength of Ni–H bond, and improve the thermal stability and antioxidation. The increasing of La addition from 0 to 6% (molar fraction) led to the enhancement of catalytic performance. When the addition of La was 0.6%, Ni-La-B catalyst exhibited the highest performance for low-pressure (1 MPa) DNT hydrogenation, the conversion of DNT and selectivity for DAT reached 100%. Further increasing of La addition from 6% to 8% led to decrease of the surface Ni content and the catalytic activity obviously.

Key words: dinitrotoluene, diaminotoluene, amorphous alloy, nikel-based catalyst, lanthanum modification

闫少伟, 范辉, 梁川, 李忠, 于智慧. 二硝基甲苯低压加氢 Ni-La-B 非晶态合金催化剂的制备及结构表征[J]. 催化学报, 2012, 33(8): 1374-1382.

YAN Shao-Wei, FAN Hui, LIANG Chuan, LI Zhong, YU Zhi-Hui. Preparation and Characterization of Ni-La-B Amorphous Alloy Catalyst for Low-Pressure Dinitrotoluene Hydrogenation[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2012, 33(8): 1374-1382.

×
扫码分享

导出引用管理器 EndNote|Ris|BibTeX

链接本文: https://www.cjcatal.com/CN/10.3724/SP.J.1088.2012.20324

https://www.cjcatal.com/CN/Y2012/V33/I8/1374

参考文献

1 李辉, 李和兴, 张静(Li H, Li H X, Zhang J). CN 1 850 330. 2006
2 傅骐 (Fu Q). CN 1 465 433. 2004
3 李琳, 梁群芳, 张爱清. 催化学报 (Li L, Liang Q F, Zhang A Q. Chin J Catal), 2007, 28: 1031
4 王文静, 严新焕, 许丹倩, 孙军庆, 房永彬, 徐振元. 催化学报 (Wang W J, Yan X H, Xu D Q, Sun J Q, Fang Y B, Xu Zh Y. Chin J Catal), 2004, 25: 369
5 孔令启, 李玉刚, 韩方煜, 郑世清. 化学反应工程与工艺 (Kong L Q, Li Y G, Han F Y, Zheng Sh Q. Chem React Eng Technol), 2009, 25: 244
6 阿巴斯•哈桑, 易卜拉西姆•巴盖尔扎德, 雷福德•G•安东尼, 格雷戈里•博尔西格, 阿齐兹•哈桑 (Abbas H, Ebra-him B, Anthony R G, Gregory B, Aziz H). CN 101 687 767. 2010
7 R.H.玛查多, D.J.帕里洛, R.P.贝姆, R.R.布鲁克赫伊斯 (Machado R H, Parrillo D J, Behm R P, Brucekeheis R R). CN 1 245 163. 2000
8 王明辉, 李和兴. 催化学报 (Wang M H, Li H X. Chin J Catal), 2001, 22: 287
9 武美霞, 李伟, 张明慧, 陶克毅. 物理化学学报 (Wu M X, Li W, Zhang M X, Tao K Y. Acta Phys-Chim Sin), 2007, 23: 1311
10 刘迎新, 陈吉祥, 张继炎. 催化学报 (Liu Y X, Chen J X, Zhang J Y. Chin J Catal), 2003, 24: 224
11 Neri G, Musolino M G, Rotondo E, Galvagno S. J Mol Catal A, 1996, 111: 257
12 Neri G, Musolino M G, Milone C, Visco A M, Di Mario A. J Mol Catal A, 1995, 95: 235
13 Musolino M G, Neri G, Milone C, Minico S, Galvagno S. J Chromatogr A, 1998, 818: 123
14 Neri G, Rizzo G, Milone C, Galvagno S, Musolino M G, Capannelli G. Appl Catal A, 2003, 249: 303
15 Neri G, Musolino M G, Milone C, Pietropaolo D, Galvagno S. Appl Catal A, 2001, 208: 307
16 李贵贤, 杨磊, 马建军, 司海娟, 董宇航. 聚氨酯工业 (Li G X, Yang L, Ma J J, Si H J, Dong Y H. Polyurethane Ind), 2009, 24(1): 30
17 Zysler R D, Romero H, Ramos C A, De Biasi E, Fiorani D. J Magn Magn Mater, 2003, 266: 233.
18 Wu Zh J, Zhang M H, Li W, Mu Sh Ch, Tao K Y. J Mol Catal A, 2007, 273: 277
19 Guo J, Hou Y J, Yang C H, Wang Y Q, He H Q, Li W. Catal Commun, 2011, 16: 86
20 Xie G W, Sun W, Li W B. Catal Commun, 2008, 10: 333
21 王威燕, 杨运泉, 罗和安, 彭会左, 张小哲, 胡韬. 催化学报 (Wang W Y, Yang Y Q, Luo H A, Peng H Z, Zhang X Zh, Hu T. Chin J Catal), 2011, 32: 1645
22 Wu Zh J, Zhang M H, Zhao Z F, Li W, Tao K Y. J Catal, 2008, 256: 323
23 Li H X, Xu Y P, Li H, Deng J F. Appl Catal A, 2001, 216: 51
24 戴维林, 曹勇, 范康年, 邓景发. 高等学校化学学报 (Dai W L, Cao Y, Fan K N, Deng J F. Chem J Chin Univ), 2003, 24: 473
25 郭延红, 郭丽, 赵峭梅. 延安大学学报 (自然科学版)(Guo Y H, Guo L, Zhao Q M. J Yan'an Unive (Nat Sci Ed)), 2005, 24(3): 54
26 严新焕, 孙军庆, 李波, 吕翔, 孙孟飞. 催化学报 (Yan X H, Sun J Q, Li B, Lü X, Sun M F. Chin J Catal), 2006, 27: 178
27 Li H X, Wu Y D, Zhang J, Dai W L, Qiao M H. Appl Catal A, 2004, 275: 199
28 Wang W Y, Yang Y Q, Luo H A, Liu W Y. Catal Commun, 2010, 11: 803
29 Wen M, Li L J, Liu Q Y, Qi H Q, Zhang T. J Alloys Compd, 2008, 455: 510
30 Liu Sh Ch, Liu Zh Y, Wang Zh, Wu Y W, Yuan P. Chem Eng J, 2008, 139: 157
31 Li H X, Zhang S Y, Luo H Sh. Mater Lett, 2004, 58: 2741
32 石秋杰, 雷经新, 张宁. 物理化学学报 (Shi Q J, Lei J X, Zhang N. Acta Phys-Chim Sin), 2007, 23: 98
33 郑一雄, 姚士冰, 周绍民. 物理化学学报 (Zheng Y X, Yao Sh B, Zhou Sh M. Acta Phys-Chim Sin), 2004, 20: 1352
34 Li H, Zhao Q F, Li H X. J Mol Catal A, 2008, 285: 29
35 Li H, Li H X, Deng J F. Catal Today, 2002, 74: 53
36 Bai G Y, Niu L B, Qiu M D, He F, Fan X X, Dou H Y, Zhang X F. Catal Commun, 2010, 12: 212
37 Zhang R B, Li F Y, Shi Q J, Luo L T. Appl Catal A, 2001, 205: 279
38 Zhang R B, Li F Y, Zhang N, Shi Q J. Appl Catal A, 2003, 239: 17
39 Hou Y J, Wang Y Q, He F, Mi W L, Li Zh H, Mi Zh T, Wu W, Min E Z. Appl Catal A, 2004, 259: 35.
40 严新焕, 孙军庆, 徐颖华, 杨建峰. 催化学报 (Yan X H, Sun J Q, Xu Y H, Yang J F. Chin J Catal), 2006, 27: 119
41 武美霞, 李伟, 张明慧, 陶克毅. 催化学报 (Wu M X, Li W, Zhang M H, Tao K Y. Chin J Catal), 2007, 28: 351
42 武美霞, 李伟, 张明慧, 陶克毅. 物理化学学报 (Wu M X, Li W, Zhang M H, Tao K Y. Acta Phys-Chim Sin), 2011, 27: 953
43 Walter J L. Mater Sci Eng, 1981, 50: 137

[1]	冯向东, 冯杰, 李文英. 甲烷二氧化碳重整反应中微量氧化镁助剂对Ni基催化剂抗积碳性能的影响[J]. 催化学报, 2018, 39(1): 88-98.
[2]	曹红霞, 张军, 郭成龙, 陈经广, 任相坤. 三维介孔KIT-6上高分散Ni纳米粒子用于CO甲烷化:助剂对催化性能的影响[J]. 催化学报, 2017, 38(7): 1127-1137.
[3]	冷雪, 吴光栩, 苏并坚, 张凌云, Ian R. Gentle,王大伟. 层状水滑石结构包覆钴硼合金的电化学产氧性能[J]. 催化学报, 2017, 38(6): 1021-1027.
[4]	李伟作, 赵忠奎, 焦艳华, 王桂茹. 氧化锆担载镍甲烷干重整催化剂的载体形貌效应[J]. 催化学报, 2016, 37(12): 2122-2133.
[5]	Vladimir V. Chesnokov, Olga Yu. Podyacheva, Alexander N. Shmakov, Lidiya S. Kibis, Andrei I. Boronin, Zinfer R. Ismagilov. Ni基催化剂上未掺杂和氮掺杂的碳纳米纤维生长机理的比较[J]. 催化学报, 2016, 37(1): 169-176.
[6]	冯长根, 尚海茹, 刘霞. 采用溶胶-凝胶-溶剂热路径合成H₃PW₁₂O₄₀/TiO₂和H₄SiW₁₂O₄₀/TiO₂及其光催化降解二硝基甲苯[J]. 催化学报, 2014, 35(2): 168-174.
[7]	赵娇娇, 余运波, 韩雪, 贺泓. Ni基催化剂催化燃油重整耦合选择性催化还原NO_x反应[J]. 催化学报, 2013, 34(7): 1407-1417.
[8]	李庆远, 季生福, 胡金勇, 蒋赛. 镍基催化剂上稻草水蒸气重整制富氢合成气[J]. 催化学报, 2013, 34(7): 1462-1468.
[9]	宗保宁, 慕旭宏, 张晓昕, 孟祥堃, 乔明华. 急冷非晶态镍合金催化剂的研究开发和工业应用[J]. 催化学报, 2013, 34(5): 828-837.
[10]	王奕, 徐亮, 许磊, 李和兴, 李辉. 高性能麦芽糖加氢Ru-B/SBA-15非晶态合金催化剂的制备[J]. 催化学报, 2013, 34(5): 1027-1032.
[11]	宋奇, 蔡嘉莹, 张俊杰, 于维强, 王峰, 徐杰. Ni基催化剂上木质素模型化合物苯基苯乙醚C-O键的加氢裂解[J]. 催化学报, 2013, 34(4): 651-658.
[12]	张罕, 董云芸, 方维平, 连奕新. 复合氧化物载体对镍基催化剂上 CO 甲烷化反应性能的影响[J]. 催化学报, 2013, 34(2): 330-335.
[13]	亓雪, 石秋杰, 谌伟庆, 张荣斌. Mo 对非晶态合金 Ni-B/薄水铝石催化剂上噻吩加氢脱硫性能的影响[J]. 催化学报, 2012, 33(3): 543-549.
[14]	胡全红, 黎先财, 杨爱军, 杨春燕. BaTiO₃-BaAl₂O₄-Al₂O₃ 复合载体的制备、表征及其 Ni 基催化剂催化 CH₄/CO₂ 重整反应性能[J]. 催化学报, 2012, 33(3): 563-569.
[15]	龙华丽, 胡诗婧, 徐艳, 覃攀, 尚书勇, 印永祥, 戴晓雁. 光辐照驱动 CH₄-CO₂ 重整中 Ni/MgO-Al₂O₃ 催化活性吸收体的活性[J]. 催化学报, 2011, 32(8): 1393-1399.