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过刊目录

    催化学报
    Chinese Journal of Catalysis

    2014, Vol. 35, No. 1
    Online: 2013-12-23

    封面介绍:

    胡久彪等报道了溶胶-凝胶法合成大比表面积的 CeO2-SiO2 复合氧化物, 其负载Ni 后, Ni 与载体的化学作用较弱, NiO 的分散性良好, 酸性弱, 催化性能优异, 且稳定性较高. 见本期第 8–20 页.

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    目录
    第35卷第1期目次
    2014, 35 (1):  0-0. 
    摘要 ( 137 )   PDF(1697KB) ( 471 )  
    综述
    Wet air oxidation for the decolorization of dye wastewater: An overview of the last two decades
    Jie Fu, George Z. Kyzas
    2014, 35 (1):  1-7.  DOI: 10.1016/S1872-2067(12)60724-4
    摘要 ( 246 )   [Full Text(HTML)] () PDF(426KB) ( 1121 )  

    Wet air oxidation (WAO), a liquid phase reaction between organic materials in water and oxygen, is one of the most economical and technologically viable advanced oxidation processes for wastewater treatment, particularly toxic and high organic content wastewater. WAO is the liquid phase oxidation of organics or oxidizable inorganic components at elevated temperatures (125-320℃) and pressures (0.5-20 MPa) using gaseous oxygen (or air) as oxidant. In the past two decades, the WAO process was widely studied and applied in the treatment of dye wastewater. Compared to conventional WAO, catalytic WAO processes have higher efficiency and use moderate reaction conditions. The catalysts included homogenous and heterogeneous types. The key points that need to be solved are recycling of homogenous catalysts and better stability of heterogeneous catalysts. In the present review, the technological processes are first introduced, then some research history and hotspots of WAO research are presented, and finally, its application in the treatment of dye wastewater in the past two decades is summarized to reveal the impressive changes in modes, trends, and conditions used. The application includes model pollutant studies and wastewater tests.

    研究论文
    Ni/CeO2-SiO2催化剂的制备、表征及其甲烷部分氧化制合成气性能
    胡久彪, 余长林, 毕亚东, 魏龙福, 陈建钗, 陈喜蓉
    2014, 35 (1):  8-20.  DOI: 10.1016/S1872-2067(12)60723-2
    摘要 ( 339 )   [Full Text(HTML)] () PDF(1144KB) ( 993 )  

    以硝酸亚铈(Ce(NO33·6H2O)和正硅酸四乙酯(C8H20O4Si)为前驱体,采用溶胶-凝胶法合成了系列具有大比表面积的xCeO2-(1-x)SiO2x = 0,0.25,0.50,0.75,1)复合氧化物载体,然后浸渍活性组分Ni制得用于甲烷部分氧化制合成气的Ni催化剂。运用N2物理吸附-脱附、X射线粉末衍射、扫描电镜、紫外-可见漫反射光谱、氢程序升温还原、氨程序升温脱附和热重等手段对所得催化剂的组织结构、还原性、表面酸性和积炭行为等进行了表征;同时考察了催化剂的组成、焙烧温度和反应时间等对催化剂在甲烷部分氧化制合成气中催化性能的影响。表征结果表明,该系列Ni/CeO2-SiO2催化剂具有大比表面积,CeO2晶粒较小,NiO的分散性好且易被还原,表面酸性弱,不容易积炭。当Ce/Si摩尔比为1:1,活性组分Ni的质量分数为10%,焙烧温度为700℃时,所制备的Ni/CeO2-SiO2催化剂表现出较好的稳定性、最高的CH4转化率(~84%)和对产物CO及H2的选择性(>87%)。

    Polyvinyl amine coated Fe3O4@SiO2 magnetic microspheres for Knoevenagel condensation
    Farzad Zamani, Elham Izadi
    2014, 35 (1):  21-27.  DOI: 10.1016/S1872-2067(12)60685-8
    摘要 ( 276 )   [Full Text(HTML)] () PDF(542KB) ( 1036 )  

    Polyvinyl amine coated Fe3O4@SiO2 composite microspheres with a core-shell structure were prepared and employed as a magnetic catalyst for Knoevenagel condensation under mild conditions. The catalyst can be readily recovered using a magnet and reused several times without loss in activity or selectivity. The performance of the magnetic base catalyst was compared with that of polyvinyl amine functionalized mesoporous SBA-15, which showed that the magnetic nanoparticles gave improved reaction rate and yield.

    C2H4在Fe3C(100)表面吸附及脱氢裂解的密度泛函理论研究
    王丙寅, 于小虎, 霍春芳, 王建国, 李永旺
    2014, 35 (1):  28-37.  DOI: 10.1016/S1872-2067(12)60703-7
    摘要 ( 328 )   [Full Text(HTML)] () PDF(823KB) ( 709 )  

    采用自旋极化密度泛函理论和周期平板模型,对C2H4在铁基费托合成催化剂活性相之一Fe3C(100)表面从热力学和动力学两个方面分析了C2H4在Fe3C(100)表面进行脱氢和裂解反应的竞争性。结果表明,C2H4在Fe3C(100)表面的μ-bridging吸附比π、di-σ吸附更加稳定;C2H4与Fe3C(100)面的相互作用导致C2H4的C原子部分发生重新杂化(sp2sp3),使C原子呈近四面体结构。在Fe3C(100)表面C2H4易于发生脱氢反应,C-C键裂解反应不具有竞争性。亚乙烯基CCH2和乙烯基CHCH2是Fe3C(100)表面最丰的C2物种,或是C2H4参与链增长的主要单体形式。

    固-溶法制备中温固体氧化物燃料电池高性能La0.8Sr0.2MnO3-Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3阴极
    孟丽, 王方中, 王傲, 蒲健, 池波, 李箭
    2014, 35 (1):  38-42.  DOI: 10.1016/S1872-2067(12)60704-9
    摘要 ( 274 )   [Full Text(HTML)] () PDF(623KB) ( 851 )  

    研究了新型固溶法合成La0.8Sr0.2MnO3(LSM)包覆Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3(BSCF)复合粉体(LSM-BSCF),并探讨了其作为中温固体氧化物燃料电池阴极材料的电化学性能。LSM-BSCF阴极结合了LSM和BSCF阴极的优点,不仅增大了三相界面,而且稳定了微观结构。当温度为600-750℃时,其极化阻抗为0.61-0.09 Ω·cm2。与溶液注入法制备的高性能电极相比,极大地提高了性能稳定性。

    Poly(4-vinylpyridinium)hydrogen sulfate: A novel and efficient catalyst for the synthesis of 13-aryl-indeno[1, 2-b]naphtha[1, 2-e]pyran-12(13H)-ones under solvent-free conditions
    Majid Ghashang, Syed Sheik Mansoor, Krishnamoorthy Aswin
    2014, 35 (1):  43-48.  DOI: 10.1016/S1872-2067(12)60707-4
    摘要 ( 284 )   [Full Text(HTML)] () PDF(421KB) ( 544 )  

    An facile and efficient protocol for the synthesis of 13-aryl-indeno[1,2-b]naphtha[1,2-e]pyran- 12(13H)- ones has been developed that proceeds via the one-pot three-component sequential reaction of an aromatic aldehyde with β-naphthol and 2H-indene-1,3-dione under solvent-free conditions in the presence of a poly(4-vinylpyridinium)hydrogen sulfate (P(4-VPH)HSO4) catalyst. The catalyst can be reused several times, making this procedure facile, practical, and sustainable. The simple experimental procedure, solvent-free reaction conditions, use of an inexpensive catalyst, short react time, and excellent yields are some of the major advantages of this methodology.

    炭黑颗粒及氟粒子辅助法合成多级结构MCM-22分子筛及其催化性能
    杨建华, 初筠, 王金渠, 殷德宏, 鲁金明, 张艳
    2014, 35 (1):  49-57.  DOI: 10.1016/S1872-2067(12)60711-6
    摘要 ( 363 )   [Full Text(HTML)] () PDF(822KB) ( 894 )  

    以碳黑为第二模板剂在氟离子体系中一步水热合成了多级结构MCM-22分子筛组装体(简称为MCM-22-FC)。考察了碳黑和氟离子对MCM-22分子筛形貌和催化性能的影响。MCM-22-FC分子筛是由大量片状晶体交错生长形成的组装体结构,其中MCM-22的片层结构更薄,在其固有的微孔中存在的晶间孔呈现大孔和介孔的特征。MCM-22-FC负载Mo后得到的Mo/MCM-22-FC催化剂在甲烷无氧芳构化反应(MDA)中提高了苯收率和芳烃选择性,并且提高了催化剂的寿命。通过氨气程序升温脱附(NH3-TPD)表征,吡啶红外(Py-IR)表征,结合热重(TG)分析,得出的结论是Mo/MCM-22-FC在MDA中优越的催化性能是由于氟离子进入到分子筛骨架当中,形成具有拉电子效应的结构单元,从而提高了分子筛的Brönsted酸量,较多的Brönsted酸性位将更多的Mo物种迁移至分子筛孔道内部,形成更多的MoCx或MoOxCy活性物种以及更有利于大分子产物扩散的MCM-22薄片层的结构。少量过剩的Brönsted酸性位在成型后保留在Mo/HMCM-22-FC催化剂活性中心抑制了积碳的形成,也有助于改善芳烃的选择性。

    H3PW12O40 catalyzed synthesis of benzoxazine and quinazoline in aqueous media
    Mahmood Tajbakhsh, Rahman Hosseinzadeh, Parizad Rezaee, Mahgol Tajbakhsh
    2014, 35 (1):  58-65.  DOI: 10.1016/S1872-2067(12)60706-2
    摘要 ( 353 )   [Full Text(HTML)] () PDF(416KB) ( 735 )  

    A heteropolyacid efficiently catalyzed the cyclocondensation reaction of 2-aminobenzamide and salicylamide with aldehydes and ketones to afford good yields of benzoxazine and quinazoline ring systems in an aqueous medium. The method gives clean reactions, has simple workup procedure, and uses environment friendly conditions.

    多壁碳纳米管负载TiO2的光催化脱硝性能
    刘浩, 张海茹, 杨宏旻
    2014, 35 (1):  66-77.  DOI: 10.1016/S1872-2067(12)60705-0
    摘要 ( 446 )   [Full Text(HTML)] () PDF(1015KB) ( 701 )  

    采用溶胶凝胶法制备了多壁碳纳米管负载TiO2 (MWCNTs/TiO2),并利用透射电镜、X射线光电子能谱、X射线衍射和紫外-可见漫反射光谱对样品进行了表征。结果表明,MWCNTs/TiO2晶型以锐钛矿为主,MWCNTs的引入会限制TiO2晶粒的生长。另外,MWCNTs/TiO2的光吸收边向长波区域偏移。针对模拟烟气,在固定床光催化反应器中对采用涂覆处理的MWCNTs/TiO2的光催化脱硝性能进行了实验研究。结果表明,NO初始浓度较低时,光催化脱硝效率较高,SO2的存在可抑制光催化脱硝过程,而O2及H2O则有促进作用。在最佳实验条件(73 mg/m3 NO,8% O2,5% H2O)下,光催化脱硝效率可达46%。提出了光催化脱硝反应机理。

    Ag/Ag3PO4/g-C3N4三元复合光催化剂的制备及其可见光驱动下的光催化活性增强
    沈凯, Mohammed Ashraf Gondal, Rashid Ghulam Siddique, 施珊, 王斯琦, 孙江波, 徐庆宇
    2014, 35 (1):  78-84.  DOI: 10.1016/S1872-2067(12)60712-8
    摘要 ( 306 )   [Full Text(HTML)] () PDF(985KB) ( 1026 )  

    报道了一种新型Ag/Ag3PO4/g-C3N4三元复合光催化剂的制备及其半导体界面处的快速载流子分离所引起的光催化活性的显著增强效应。通过X射线衍射,扫描电子显微镜,紫外-可见吸收光谱以及光致发光光谱等就其晶体结构、形貌、组分、光学吸收以及载流子的快速分离行为进行了表征与分析。以罗丹明B作为模型化合物分子,研究发现,所制备的Ag/Ag3PO4/g-C3N4三元复合光催化剂在可见光照射下表现出比Ag3PO4以及Ag3PO4/g-C3N4二元催化剂更为优异的光催化活性。研究认为,Ag3PO4表面尺寸约为40 nm的Ag纳米粒子在可见光下受激所产生的等离子表面共振效应以及Ag3PO4与g-C3N4界面处所形成的类似异质结结构对所制备的Ag/Ag3PO4/g-C3N4三元复合光催化剂光催化活性的显著增强起到重要作用。

    In situ generation of trityl carbocation (Ph3C+) as a homogeneous organocatalyst for the efficient synthesis of 4, 4’-(arylmethylene)-bis(3-methyl-1-phenyl-1H-pyrazol-5-ol)s
    Abdolkarim Zare, Maria Merajoddin, Ahmad Reza Moosavi-Zare, Mahmoud Zarei
    2014, 35 (1):  85-89.  DOI: 10.1016/S1872-2067(12)60728-1
    摘要 ( 219 )   [Full Text(HTML)] () PDF(406KB) ( 671 )  

    Trityl chloride (Ph3CCl) efficiently catalyzes the condensation of 3-methyl-1-phenyl-1H-pyrazol- 5(4H)-one and aromatic aldehydes under mild and solvent-free conditions, affording 4,4'- (arylmethylene)-bis(3-methyl-1-phenyl-1H- pyrazol-5-ol)s in high to excellent yields and in short reaction time. The presence of the requisite organocatalytic trityl carbocation (Ph3C+) species was confirmed by analysis of infrared, 1H NMR, and ultra violet spectral data. A plausible mechanism was proposed for the reaction based on the observations and literature precedent.

    载钛羟基磷灰石光催化降解内分泌干扰物双酚A
    李前, 冯想, 张晓, 宋寒, 张建伟, 尚静, 孙卫玲, 朱彤, 若村正人, 塚田峰春, 陆应亮
    2014, 35 (1):  90-98.  DOI: 10.1016/S1872-2067(12)60709-8
    摘要 ( 356 )   [Full Text(HTML)] () PDF(699KB) ( 762 )  

    对载钛羟基磷灰石(TiHAP)进行了透射电镜、X射线衍射、紫外-可见光谱和Zeta电位表征,并应用液相色谱-质谱技术对比了TiHAP和P25 TiO2对环境内分泌干扰物双酚A(BPA)的吸附和光催化降解性能,探讨了富里酸和Fe3+对TiHAP薄膜光催化性能的影响。结果表明,TiHAP和TiO2粉体对BPA的吸附符合Langmuir吸附等温方程,且前者吸附性能更大。TiHAP薄膜光催化降解BPA的性能优于TiO2薄膜;富里酸和Fe3+对TiHAP和TiO2薄膜光催化性能的影响趋势不同,从能带结构、电子转移和吸光性等角度分析了性能不同的原因。本结果可以为应用TiHAP降解环境内分泌干扰物提供依据。

    V2O5/赤铁矿催化剂结构及其NH3选择性催化还原NOx性能
    张萍, 陈天虎, 邹雪华, 朱承驻, 陈冬, 刘海波
    2014, 35 (1):  99-107.  DOI: 10.1016/S1872-2067(12)60719-0
    摘要 ( 263 )   [Full Text(HTML)] () PDF(859KB) ( 559 )  

    以水热合成针铁矿为前驱体浸渍偏钒酸铵,分别于300,400和500℃空气中焙烧,制备了不同活性组分负载量的V2O5/赤铁矿(V/H)催化剂,用于氨选择性催化还原(SCR)脱硝。采用X射线衍射、透射电子显微镜、比表面积分析仪、程序升温还原及程序升温脱附等方法对催化剂结构进行了表征,并用标气配制模拟烟气进行了脱硝实验。结果表明,300℃煅烧3%V/H催化剂当烟气温度为250-300℃时NO转化率均可达95%以上;当配气中单独加入水蒸气或低浓度SO2(0.01%)时,V/H催化脱硝的活性不受影响;当系统加入高浓度的SO2(0.03%与0.05%)或同时添加H2O与SO2时,SCR脱硝效率下降,其机制可能是SO2在催化剂表面竞争吸附所致,停止添加后,催化活性迅速恢复。

    Ag/SBA-15低温气相选择性催化氧化苯甲醇合成苯甲醛
    马良, 贾丽华, 郭祥峰, 项礼军
    2014, 35 (1):  108-119.  DOI: 10.1016/S1872-2067(12)60720-7
    摘要 ( 424 )   [Full Text(HTML)] () PDF(1162KB) ( 761 )  

    以SBA-15为载体,采用浸渍法制备了不同Ag含量的Ag/SBA-15,通过N2吸附-脱附、X射线衍射、扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜、X射线光电子能谱和电感耦合等离子体质谱对催化剂进行了表征。将Ag/SBA-15用于苯甲醇气相选择性催化氧化合成苯甲醛,研究了反应条件对转化率和选择性的影响。结果表明,Ag/SBA-15具有均一的一维孔道结构、较厚的孔壁(3-5 nm)及较大的比表面积(411-541 m2/g),其规整纳米空间的限域作用使一定负载量的Ag以纳米尺寸均匀分散于介孔SBA-15孔道内,增加了活性组分的比表面积。亲核性氧物种从Ag到SBA-15表面的氧溢流,提高了低温下Ag/SBA-15对苯甲醇气相选择性氧化合成苯甲醛的催化性能。5.3% Ag/SBA-15中的Ag粒径为5-6 nm,且均匀分散于载体孔道中,反应温度为220℃时,苯甲醇转化率为87%,苯甲醛选择性为95%;240℃时,苯甲醇转化率和苯甲醛选择性分别高达94%和97%;并在240-300℃范围内,其催化活性和选择性保持不变,表现出了良好的温度耐受能力。催化剂经活化再生可以连续使用40 h,选择性基本保持不变。

    TiO2晶相对MnOx/TiO2催化剂催化NO氧化性能的影响
    安忠义, 禚玉群, 徐超, 陈昌和
    2014, 35 (1):  120-126.  DOI: 10.1016/S1872-2067(12)60726-8
    摘要 ( 336 )   [Full Text(HTML)] () PDF(797KB) ( 949 )  

    以浸渍在不同晶相TiO2 (金红石型(R)、锐钛矿型(A)和P25型(P))上的锰基催化剂为对象,研究了TiO2晶相对MnOx/TiO2催化剂催化NO氧化活性的影响。 结果表明,MnOx/TiO2(P)催化剂活性最高,NO转化率在300℃及GHSV = 20000 h-1条件下可达83%。 各催化剂活性顺序为MnOx/TiO2(P)>MnOx/TiO2(A)>MnOx/TiO2(R)。采用X射线粉末衍射、场发射扫描电子显微镜、X射线光电子能谱、H2程序升温还原和O2程序升温脱附等手段研究了TiO2晶相影响MnOx/TiO2催化剂催化活性的作用机理。结果表明,相比于A和R型TiO2,P型TiO2能够增加MnOx在其表面的分散度并抑制催化剂颗粒的团聚和粘连,且更有利于Mn2O3的生成,而后者催化NO氧化活性比其它MnOx更高;此外,P型TiO2可以增加MnOx尤其是Mn2O3的还原性,并可促进O2-从M3+-O键的脱附。

    Thiourea dioxide: An efficient and reusable organocatalyst for the rapid one-pot synthesis of pyrano[4, 3-b]pyran derivatives in water
    Majid Ghashang, Syed Sheik Mansoor, Krishnamoorthy Aswin
    2014, 35 (1):  127-133.  DOI: 10.1016/S1872-2067(12)60727-X
    摘要 ( 317 )   [Full Text(HTML)] () PDF(425KB) ( 692 )  

    A series of pyrano[4,3-b]pyran derivatives have been synthesized in excellent yields by the reaction of aromatic aldehydes with malononitrile or cyanoacetate and 4-hydroxy-6-methylpyran-2-one in water at 80℃, with the transformation being catalyzed by an aqueous solution of thiourea dioxide (TUD). Upon completion of the reaction, the product was isolated by filtration or extraction and the remaining aqueous TUD solution could be reused several times without any discernible impact on its catalytic activity. This procedure offers several advantages over existing procedures, including high yields, operational simplicity, the use of a non-toxic catalyst and solvent, short reaction time and minimum pollution of the environment, making it a useful and attractive process for the preparation of pyrano[4,3-b]pyran derivatives.

    CuCl2和HY分子筛的表面反应及Cu/Y分子筛的制备及其催化甲醇氧化羰基化
    王瑞玉, 李忠
    2014, 35 (1):  134-139.  DOI: 10.1016/S1872-2067(12)60735-9
    摘要 ( 361 )   [Full Text(HTML)] () PDF(473KB) ( 876 )  

    以CuCl2为前驱物与HY分子筛进行固相离子交换制备了Cu/Y催化剂,采用热重方法研究了CuCl2与HY分子筛的表面固相离子交换反应,结合活性测试表明催化剂中高度分散的CuCl和离子交换形式的Cu+物种是甲醇氧化羰基化合成碳酸二甲酯的催化活性中心。X射线光电子能谱表征和元素分析结果表明,活性金属Cu主要以CuCl形式存在于分子筛外表面,而在分子筛笼内则以交换的Cu+和少量吸附的CuCl形式存在。与以CuCl为交换铜源所制催化剂相比,以CuCl2为铜源制备的催化剂Cu含量低,催化活性更高。

    MoO3改性的TiO2在可见光下催化降解亚甲基蓝
    杨华博, 李翔, 王安杰, 王瑶, 陈永英
    2014, 35 (1):  140-147.  DOI: 10.1016/S1872-2067(12)60731-1
    摘要 ( 337 )   [Full Text(HTML)] () PDF(714KB) ( 1049 )  

    采用浸渍法制备了MoO3/P25催化剂(MoO3/P25(x),x为MoO3与P25质量比),用X射线衍射、紫外-可见漫反射光谱、傅里叶变换红外光谱及拉曼光谱等手段对样品进行了表征,并用催化降解亚甲基蓝考察了催化剂在可见光区的催化活性。结果表明,MoO3在P25表面最大单层负载量对应的MoO3与P25质量比在0.1左右。单层分散的氧化钼物种与P25之间有较强的相互作用,降低了P25禁带宽度,提高了催化剂对可见光的吸收。当MoO3与P25质量比大于0.1时,会生成晶相MoO3,催化剂对可见光的吸收反而随MoO3担载量增加而降低。催化剂禁带宽度不是决定其可见光下催化降解亚甲基蓝活性的唯一因素。具有适宜禁带宽度和一定晶相MoO3含量的MoO3/P25(0.25)表现出最佳活性。