甲烷部分催化氧化制甲醇的研究

【摘要】：本文分析了甲烷液相部分氧化制甲醇和甲烷氣固相部分氧化制甲醇的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀,首先針對(duì)甲烷液相部分氧化存在的發(fā)煙硫酸溶劑腐蝕等問題,開發(fā)出新型雜多化合物+醋酸混合溶劑替代了液相的發(fā)煙硫酸溶劑,并進(jìn)行了該體系中新型溶劑、催化劑、氧化劑的考察工作。其次,在液相實(shí)驗(yàn)成功的基礎(chǔ)上,將甲烷液相反應(yīng)轉(zhuǎn)移到氣固相反應(yīng)上,成功開發(fā)出無氧環(huán)境下甲烷氣固相部分氧化反應(yīng),并在該體系中進(jìn)行了催化劑制備、催化劑篩選以及液相溶劑、氧化劑、反應(yīng)工藝條件的考察工作。最后,結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果和文獻(xiàn)提出了在醋酸環(huán)境下雜多酸催化下的催化機(jī)理。 在甲烷液相催化氧化體系中,篩選出H_5MgPW_(12)O_(40)+醋酸混合溶劑替代發(fā)煙硫酸作為液相溶劑,在該混合溶劑體系中,篩選出KMnO_4作氧化劑,I_2為催化劑時(shí),甲烷的轉(zhuǎn)換率可以達(dá)到53%,目的產(chǎn)物收率可以達(dá)到51.34%。同時(shí)發(fā)現(xiàn)磷鎢酸也有催化作用。 在氣固相體系中,篩選出H_5MgPW_(12)O_(40)/SiO_2為最優(yōu)催化劑,催化劑是在15%(Wt)浸漬液回流浸漬4h、120℃干燥2h、300℃焙燒4h制得,催化劑活性誘導(dǎo)期3h,最佳反應(yīng)溫度為287℃,液相溶劑采用純醋酸時(shí),甲烷的轉(zhuǎn)化率為30.43%,目的產(chǎn)物的收率為27.66%。 在催化機(jī)理的研究中,提出該反應(yīng)屬親電取代機(jī)理,并結(jié)合文獻(xiàn)推出了在磷鎢酸(鹽)+醋酸體系下的催化機(jī)理。 【關(guān)鍵詞】：甲烷 甲醇 部分催化 氧化 雜多酸
【學(xué)位授予單位】：西北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類號(hào)】：TQ223.121
【目錄】：

• 第一章 緒論7-16
• 1.1 甲烷部分氧化反應(yīng)的研究意義7-8
• 1.2 甲烷部分氧化反應(yīng)的研究現(xiàn)狀8-13
• 1.2.1 液相催化氧化9-11
• 1.2.2 氣固多相催化氧化11-12
• 1.2.3 小結(jié)12-13
• 1.3 雜多酸的特性和應(yīng)用13-16
• 1.3.1 結(jié)構(gòu)特性13
• 1.3.2 雜多酸的酸性及其應(yīng)用13-14
• 1.3.3 雜多酸的氧化還原活性及其應(yīng)用14
• 1.3.4 雜多酸的假液相行為14-15
• 1.3.5 小結(jié)15-16
• 第二章 實(shí)驗(yàn)部分16-21
• 2.1 甲烷液相催化氧化反應(yīng)16-17
• 2.1.1 試劑與儀器16-17
• 2.1.2 甲烷液相催化氧化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)方法17
• 2.1.3 分析方法17
• 2.2 甲烷氣固多相催化氧化反應(yīng)17-19
• 2.2.1 試劑與儀器17-18
• 2.2.2 甲烷氣固多相催化氧化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)方法18-19
• 2.3 部分催化劑的制備19-21
• 2.3.1 可溶于水和有機(jī)溶劑的磷鎢酸鹽系列的制備工作19
• 2.3.2 不溶性雜多酸鹽的制備19-20
• 2.3.3 催化劑的固載化20-21
• 第三章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論(一)21-28
• 3.1 溶劑的作用和比較21-22
• 3.2 甲烷液相催化氧化反應(yīng)新型溶劑的篩選22-24
• 3.2.1 新型溶劑中雜多酸的篩選22-23
• 3.2.2 新型溶剎中醋酸、水、乙腈的篩選23-24
• 3.3 氧化劑的篩選24-25
• 3.4 催化劑的篩選25-26
• 3.5 磷鎢酸鹽的篩選26-27
• 3.6 小結(jié)27-28
• 第四章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論(二)28-38
• 4.1 催化劑制備方法考察28-29
• 4.2 催化劑制備條件考察29-31
• 4.2.1 浸漬液濃度影響29-30
• 4.2.2 浸漬時(shí)間影響30
• 4.2.3 焙燒溫度影響30-31
• 4.3 催化劑篩選31-32
• 4.4 催化劑活性的誘導(dǎo)期的考察32-33
• 4.5 工藝條件篩選33-36
• 4.5.1 液相試劑的篩選33-34
• 4.5.2 不同濃度醋酸的篩選34-35
• 4.5.3 反應(yīng)溫度對(duì)甲烷部分氧化反應(yīng)的影響35-36
• 4.5.4 反應(yīng)壓力的影響36
• 4.6 小結(jié)36-38
• 第五章 甲烷部分催化氧化實(shí)驗(yàn)機(jī)理38-42
• 參考文獻(xiàn)42-45
• 附錄45-48
• 致謝48

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