Ni纳米超活性多相催化剂将丙酮还原为异丙醇的研究进展综述外文翻译资料
2023-03-12 04:03
Ni纳米超活性多相催化剂将丙酮还原为异丙醇的研究进展综述
原文作者 Ateeq Rahman Salem S-Al-Deyab
作者单位：阿曼苏拉塔纳州沙尔基耶北区伊布拉市伊布拉技术学院工程系，邮政信箱327，PC 400；沙特阿拉伯利雅得国王沙特大学理学院化学系，邮政编码2455
摘要：综述了镍纳米催化剂在化学工业中作为还原反应特别是丙酮还原为异丙醇及其附加值产物的超活性催化剂的研究进展。镍纳米催化剂在加氢反应中的应用已有几十年的历史，其中还原反应是工业生产精细化学品的催化过程中的一个重要领域。丙酮的还原在热泵、燃料电池以及2-丙醇生产的方面有着重要的应用。丙酮加氢可以使用多种催化剂进行，尤其是均相催化剂，如铱、钌络合物等。也可以使用多相催化剂，如雷尼镍、雷尼海绵、Ni/Al2O3、Ni/SiO2、Ni、Ni（以SiO2或MgO为载体）和r-NiMg-Al层状双氢氧化物。主要的产品通常为2-丙醇、甲基异丁基酮。目前正在开发用于丙酮还原的纳米催化剂，如马来酸镍、在有机溶剂中制备的氧化钴。这些催化剂工艺可以替代原有的工业催化工艺，用于制备其他材料的空心纳米球。作者总结了迄今为止文献中研究的各种镍纳米非均相催化剂在不同条件下对于丙酮加氢的小型综述，以开发经济和环境友好方法的新策略。
关键词：氢化；异丙醇；纳米镍催化剂；多相催化剂；丙酮
1介绍
催化很可能成为液态或气态燃料电池转化的关键要素。我们将酮转化为其增值产品的过程称为燃料加工，反应通常涉及烃类如甲烷、乙烷、丙烷液化石油气等气态高级烃类，液态高级烃类或醇类，如甲醇和乙醇等。原则上还可以应用任何含烃类的化合物，如二甲醚和氨。甚至可以在燃料电池中直接或间接转换除了氢以外的其他燃料。人们不断开发和探索纳米材料，这些材料具有不同于个体原子或单原子的特殊性质。因此，纳米金属在多种领域都有应用，例如均相和多相催化[1~2]、燃料电池催化[3~7]、电子电器、医学和生物科学等[8]。虽然尺寸设计赋予纳米材料越来越重要的功能，但合成策略上也已经满足了它们的应用需求，这也使得“定制”成为可能。这些新的可以调节的合成方法不仅提供了制备任何所需的双金属和多金属组合物的选择，而且还可以控制所得纳米金属的尺寸和内部结构。这篇小型综述的主要目的是用Ni纳米颗粒将丙酮还原为异丙醇。简要地概括了标题提及的反应中使用的非均相和均相催化剂。异丙醇作为一种溶剂，在工业和学术界被广泛认为是精细化工合成中必不可少的商品。全球异丙醇预计将以每年1%到3%的速度增长。羰基化合物即丙酮的还原技术可以追溯到几十年前用简单金属和氢化物还原酮的时代。例如：丙酮到2-丙醇[9~11]。尽管丙酮加氢催化剂有工业应用的历史，但在加氢速率、选择性、稳定性和更广泛材料加氢中的适用性方面仍有机会进一步提高[12~13]。增加对加氢催化剂的基本理解将有利于进行合理的改进[14]。丙酮加氢制异丙醇被认为是工业和学术界的主要商品，因为它在热泵和燃料电池中用于储氢方面有着广泛的应用[15~23]。（表1和表2）。
表1用于丙酮制异丙醇工艺的雷尼镍催化剂清单[14]
|
编号 |
催化剂 |
促进剂 |
时间/分钟 |
转化率（％） |
|
A |
A400海绵镍 |
2.5%铬 |
22 |
99.9 |
|
B |
雷尼钴2724 |
2.15%铬 |
28 |
99.9 |
|
C |
A7000海绵镍 |
2%钼 |
35 |
99.93 |
|
D |
A5000海绵镍 |
无 |
45 |
99.92 |
|
E |
雷尼镍3300 |
1.1%钼 |
46 |
99.94 |
|
F |
雷尼镍4200 |
无 |
62 |
99.92 |
表2丙酮一步法合成甲基异丁基酮的前期工作[31] [37]。
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|
催化剂 |
压力（atm） |
T (K) |
转化率(%) |
选择性(%) |
|
Pd-KUZ |
20 |
393 |
50 |
94.5 |
|
Pd-CuO/Al2O3/SiO2 |
1 |
423–503 |
30 |
60 |
|
Pd-CuO/MgO/SrO |
20 |
433 |
38.5 |
93.6 |
|
Pd-Nb2O5-Al2O3 |
– |
– |
28 |
90 |
|
Pd-oxides of Ti, Zr, Cr |
10 |
413 |
33.9 |
92.3 |
|
Pd-KUZFPP |
30 |
353–388 |
– |
– |
|
Pd-C-Nb2O5 |
20 |
413 |
39.5 |
92.5 |
|
Pd-C-Nb2O5 |
10 |
413 |
30 |
91.7 |
|
Pd-oxides of Ce, Hf, Ta |
10 |
413 |
33 |
90.2 |
|
Pd-IER |
40 |
363–393 |
– |
– |
|
Pd-CS-H-ZSM-5 |
1 |
523 |
41.9 |
82.4 |
|
Pd-Nb2O5 |
– |
– |
41.8 |
93.5 |
|
Pd-oxides of Zr |
– |
– |
27 |
94.9 |
|
Pd-KS-IER |
50 |
373–403 |
– |
90 |
|
Pd-ZSM-5 |
50 |
443 |
40.25 |
95.36 |
|
Pd-IER |
– |
– |
– |
– |
|
Ni, Cu, Co-Ga-Al2O3 |
– |
453 |
53.9 |
37.1 |
|
Ni-Al2O3 |
1 |
373 |
– |
95 |
|
Pd-ZSM-5 |
– |
– |
– |
– |
|
SiO2/Al2O3 = 30 |
6–60 |
433 |
41.24 |
90.98 |
|
Ni-CaO |
– |
473 |
70–80 |
60 |
|
Cu-MgO |
1 |
653 |
60–80 |
60–75 |
|
Pt-HMF |
1 |
433 |
– |
– |
|
Ni-CaO |
– |
– |
60–80 |
50–60 |
|
Pd-AIPO4-II, SAPO4 |
– |
– |
– |
– |
|
Ni-Al phosphate |
– |
– |
– |
– |
|
Pd-(Zn)-H-ZSM-5 |
5 |
408–483 |
55 |
83–94 |
|
Pd-Nb2O5-SiO2 |
– |
– |
30–35 |
88–92 |
|
Ni-CaO |
– |
– |
60–70 |
70 |
