离子液体在甲烷液相直接催化氧化中的作用

【摘要】：甲烷作为天然气的主要组分,是C1化工重要的原料。传统工业以高温高压合成甲醇为起点。甲烷的直接转化以其条件温和,温室气体排放少为特点,成为C,化工技术中的研究热点。目前,甲烷液相部分氧化多用浓硫酸或重金属催化剂体系,存在很强的腐蚀性和严重污染,因此探索甲烷转化的绿色化过程更为人们关注。 离子液体是由离子组成的室温下呈液体的熔融盐。室温离子液体具有不可测挥发性,不易燃,高沸点,可循环性,热及化学稳定性等优点,代替了传统的有机溶剂,广泛应用在有机,有机金属和酶的合成以及分析领域。 本文介绍了甲烷催化氧化制甲醇的绿色化学过程。在100ml不锈钢高压反应釜中以纳米Au/SiO2为催化剂,[Bmim]Cl离子液体为溶剂,三氟乙酸(TFA)、三氟乙酸酐(TFAA)为酸性试剂,K2S208为氧化剂。考察负载不同金属催化剂(Au/SiO2,Au-Cu/SiO2,Ag/SiO2, Ag-Cu/SiO2),金的不同载体(Au/SiO2,Au/Al2O3)以及不同阴离子的离子液体对甲烷转化的作用,同时研究担载型纳米金催化剂(Au/SiO2)与离子液体[Bmim]Cl不同用量对甲烷转化的影响。实验结果表明：负载催化剂Au/SiO2催化效果最好,Ag/SiO2,Au-Cu/SiO2, Ag-Cu/SiO催化效果依次递减；Si02担载的纳米金的催化效果优于A1。0。担载的纳米金；阴离子是Cl-的离子液体对金的促进作用最显著；纳米催化剂Au/SiO2与离子液体[Bmim]Cl最佳用量分别为0.01g和1g。在最佳反应条件下,甲烷转化率可达24.9%,三氟乙酸甲酯选择性为71.5%,产率为17.8%。甲烷转化的产物为甲醇,三氟乙酸甲酯的形式存在。反应体系可回收并重复作用,离子液体与金的总回收率为96.91%,甲烷平均转化率为21.75%。根据纳米金催化剂的催化作用,探讨了甲烷氧化为甲醇的机理。 【关键词】：甲烷 离子液体 液相选择氧化 催化机理
【学位授予单位】：大连工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TQ413.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-10
• 第一章 绪论10-30
• 1.1 甲烷转化概述10-22
• 1.1.1 前言10-11
• 1.1.2 甲烷间接转化概述11-13
• 1.1.3 甲烷直接转化概述13-22
• 1.1.3.1 甲烷氧化偶联制乙烯13-14
• 1.1.3.2 甲烷无氧芳构化14
• 1.1.3.3 甲烷部分氧化制Cl含氧化合物14-22
• 1.2 离子液体概述22-29
• 1.2.1 离子液体的定义和特点22-23
• 1.2.2 离子液体的种类23
• 1.2.3 离子液体的性质23-24
• 1.2.3.1 离子液体的熔点23
• 1.2.3.2 离子液体的热稳定性23
• 1.2.3.3 离子液体的密度23
• 1.2.3.4 离子液体的粘度23-24
• 1.2.3.5 离子液体的溶解性24
• 1.2.3.6 离子液体的酸性和配位能力24
• 1.2.4 离子液体的应用24-29
• 1.2.4.1 在电化学中的应用24-25
• 1.2.4.2 在分离工程中应用25-26
• 1.2.4.3 在化学反应的应用26-29
• 1.3 选题意义及主要内容29-30
• 第二章 实验部分30-37
• 2.1 实验仪器及器皿30-31
• 2.1.1 实验仪器30-31
• 2.1.2 实验仪器31
• 2.2 离子液体的合成31-34
• 2.2.1 [Bmim]Cl离子液体的合成32
• 2.2.2 [Bmim]Br离子液体的合成32-33
• 2.2.3 [Bmim][CF_3COO]离子液体的合成33
• 2.2.4 离子液体[hmim][HSO_4]的合成33-34
• 2.3 液相催化氧化甲烷实验34
• 2.4 分析方法34-37
• 第三章 结果与讨论37-58
• 3.1 离子液体FT-IR表征37-40
• 3.1.1 [Bmim]Cl离子液体的红外表征37-38
• 3.1.2 [Bmim]Br离子液体的红外表征38-39
• 3.1.3 [Bmim][CF_3COO]离子液体的红外表征39
• 3.1.4 [hmima][HSO_4]离子液体的红外表征39-40
• 3.2 催化剂纳米[Au/SiO_2]表征40-42
• 3.2.1 X射线衍射分析40-41
• 3.2.2 透射电子显微镜分析41-42
• 3.3 甲烷转化结果分析42-50
• 3.3.1 空白试验42-43
• 3.3.2 催化剂不同活性组分对甲烷转化的作用43-44
• 3.3.3 金的不同载体催化剂对甲烷转化的作用44-46
• 3.3.4 离子液体的阴离子对甲烷转化的影响46-47
• 3.3.5 离子液体[Bmim]Cl用量对甲烷转化的影响47-49
• 3.3.6 纳米金催化剂Au/SiO_2对甲烷的催化影响49-50
• 3.4 甲烷转化产物的表征50-55
• 3.4.1 甲烷转化的气相产物气相色谱表征50-51
• 3.4.2 液相产物IR表征51-52
• 3.4.3 液相产物GC-MS表征52-54
• 3.4.4 液相产物核磁表征54-55
• 3.5 纳米金与离子液体催化体系回收的应用55-56
• 3.6 反应机理探讨56-58
• 第四章 结论与展望58-59
• 4.1 结论58
• 4.2 展望58-59
• 参考文献59-66
• 致谢66

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