離子液體在甲烷液相直接催化氧化中的作用

【摘要】：甲烷作為天然氣的主要組分,是C1化工重要的原料。傳統(tǒng)工業(yè)以高溫高壓合成甲醇為起點。甲烷的直接轉(zhuǎn)化以其條件溫和,溫室氣體排放少為特點,成為C,化工技術(shù)中的研究熱點。目前,甲烷液相部分氧化多用濃硫酸或重金屬催化劑體系,存在很強的腐蝕性和嚴重污染,因此探索甲烷轉(zhuǎn)化的綠色化過程更為人們關(guān)注。 離子液體是由離子組成的室溫下呈液體的熔融鹽。室溫離子液體具有不可測揮發(fā)性,不易燃,高沸點,可循環(huán)性,熱及化學穩(wěn)定性等優(yōu)點,代替了傳統(tǒng)的有機溶劑,廣泛應(yīng)用在有機,有機金屬和酶的合成以及分析領(lǐng)域。 本文介紹了甲烷催化氧化制甲醇的綠色化學過程。在100ml不銹鋼高壓反應(yīng)釜中以納米Au/SiO2為催化劑,[Bmim]Cl離子液體為溶劑,三氟乙酸(TFA)、三氟乙酸酐(TFAA)為酸性試劑,K2S208為氧化劑。考察負載不同金屬催化劑(Au/SiO2,Au-Cu/SiO2,Ag/SiO2, Ag-Cu/SiO2),金的不同載體(Au/SiO2,Au/Al2O3)以及不同陰離子的離子液體對甲烷轉(zhuǎn)化的作用,同時研究擔載型納米金催化劑(Au/SiO2)與離子液體[Bmim]Cl不同用量對甲烷轉(zhuǎn)化的影響。實驗結(jié)果表明：負載催化劑Au/SiO2催化效果最好,Ag/SiO2,Au-Cu/SiO2, Ag-Cu/SiO催化效果依次遞減；Si02擔載的納米金的催化效果優(yōu)于A1。0。擔載的納米金；陰離子是Cl-的離子液體對金的促進作用最顯著；納米催化劑Au/SiO2與離子液體[Bmim]Cl最佳用量分別為0.01g和1g。在最佳反應(yīng)條件下,甲烷轉(zhuǎn)化率可達24.9%,三氟乙酸甲酯選擇性為71.5%,產(chǎn)率為17.8%。甲烷轉(zhuǎn)化的產(chǎn)物為甲醇,三氟乙酸甲酯的形式存在。反應(yīng)體系可回收并重復作用,離子液體與金的總回收率為96.91%,甲烷平均轉(zhuǎn)化率為21.75%。根據(jù)納米金催化劑的催化作用,探討了甲烷氧化為甲醇的機理。 【關(guān)鍵詞】：甲烷 離子液體 液相選擇氧化 催化機理
【學位授予單位】：大連工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：TQ413.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目錄7-10
• 第一章 緒論10-30
• 1.1 甲烷轉(zhuǎn)化概述10-22
• 1.1.1 前言10-11
• 1.1.2 甲烷間接轉(zhuǎn)化概述11-13
• 1.1.3 甲烷直接轉(zhuǎn)化概述13-22
• 1.1.3.1 甲烷氧化偶聯(lián)制乙烯13-14
• 1.1.3.2 甲烷無氧芳構(gòu)化14
• 1.1.3.3 甲烷部分氧化制Cl含氧化合物14-22
• 1.2 離子液體概述22-29
• 1.2.1 離子液體的定義和特點22-23
• 1.2.2 離子液體的種類23
• 1.2.3 離子液體的性質(zhì)23-24
• 1.2.3.1 離子液體的熔點23
• 1.2.3.2 離子液體的熱穩(wěn)定性23
• 1.2.3.3 離子液體的密度23
• 1.2.3.4 離子液體的粘度23-24
• 1.2.3.5 離子液體的溶解性24
• 1.2.3.6 離子液體的酸性和配位能力24
• 1.2.4 離子液體的應(yīng)用24-29
• 1.2.4.1 在電化學中的應(yīng)用24-25
• 1.2.4.2 在分離工程中應(yīng)用25-26
• 1.2.4.3 在化學反應(yīng)的應(yīng)用26-29
• 1.3 選題意義及主要內(nèi)容29-30
• 第二章 實驗部分30-37
• 2.1 實驗儀器及器皿30-31
• 2.1.1 實驗儀器30-31
• 2.1.2 實驗儀器31
• 2.2 離子液體的合成31-34
• 2.2.1 [Bmim]Cl離子液體的合成32
• 2.2.2 [Bmim]Br離子液體的合成32-33
• 2.2.3 [Bmim][CF_3COO]離子液體的合成33
• 2.2.4 離子液體[hmim][HSO_4]的合成33-34
• 2.3 液相催化氧化甲烷實驗34
• 2.4 分析方法34-37
• 第三章 結(jié)果與討論37-58
• 3.1 離子液體FT-IR表征37-40
• 3.1.1 [Bmim]Cl離子液體的紅外表征37-38
• 3.1.2 [Bmim]Br離子液體的紅外表征38-39
• 3.1.3 [Bmim][CF_3COO]離子液體的紅外表征39
• 3.1.4 [hmima][HSO_4]離子液體的紅外表征39-40
• 3.2 催化劑納米[Au/SiO_2]表征40-42
• 3.2.1 X射線衍射分析40-41
• 3.2.2 透射電子顯微鏡分析41-42
• 3.3 甲烷轉(zhuǎn)化結(jié)果分析42-50
• 3.3.1 空白試驗42-43
• 3.3.2 催化劑不同活性組分對甲烷轉(zhuǎn)化的作用43-44
• 3.3.3 金的不同載體催化劑對甲烷轉(zhuǎn)化的作用44-46
• 3.3.4 離子液體的陰離子對甲烷轉(zhuǎn)化的影響46-47
• 3.3.5 離子液體[Bmim]Cl用量對甲烷轉(zhuǎn)化的影響47-49
• 3.3.6 納米金催化劑Au/SiO_2對甲烷的催化影響49-50
• 3.4 甲烷轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的表征50-55
• 3.4.1 甲烷轉(zhuǎn)化的氣相產(chǎn)物氣相色譜表征50-51
• 3.4.2 液相產(chǎn)物IR表征51-52
• 3.4.3 液相產(chǎn)物GC-MS表征52-54
• 3.4.4 液相產(chǎn)物核磁表征54-55
• 3.5 納米金與離子液體催化體系回收的應(yīng)用55-56
• 3.6 反應(yīng)機理探討56-58
• 第四章 結(jié)論與展望58-59
• 4.1 結(jié)論58
• 4.2 展望58-59
• 參考文獻59-66
• 致謝66

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