等离子体引发CH_3OH/NH_3偶联反应合成腈类化合物

腈类化合物广泛用于医药和精细化学品合成。然而,许多腈类的生产过程产生大量污染物。本文采用介质阻挡放电(DBD)等离子体活化甲醇和氨气分子,发现等离子体引发的CH_3OH/NH_3偶联反应可合成二甲基氰胺、二甲基氨基乙腈和氨基乙腈等高附加值含N有机化合物。系统研究了反应器结构、放电条件、反应条件和填充材料对甲醇转化率和产物选择性的影响。实验结果表明,在最优条件下,甲醇的转化率达到51.5%,腈类化合物选择性达到22.1%。CH_3OH/NH_3等离子体发射光谱结果表明,C≡N自由基物种可能是生成腈类化合物的重要中间体。该CH_3OH/NH_3等离子体偶联反应为二甲基氰胺、二甲基氨基乙腈和氨基乙腈提供了一种绿色合成方法,也为甲醇和氨气精细化利用开辟了一种新途径。

负载型双金属催化剂的制备及其等离子体催化氨分解制氢性能

利用等体积浸渍法制备了Fe-Co、Fe-Ni、Mo-Co、Mo-Ni双金属催化剂(总金属含量均为10%(w,质量分数),双金属摩尔比均为1:1),考察了其在等离子体条件下氨分解活性,结果表明Fe-Ni双金属催化剂表现出较好的协同作用。在此基础上,进一步考察了Fe/Ni摩尔比对其活性的影响。结果表明:当Fe/Ni摩尔比为6/4时,氨分解活性最好,而且该双金属催化剂稳定性良好。采用N_2物理吸附、X射线衍射(XRD)、H_2-程序升温还原(H_2-TPR)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)对催化剂的物化性质、还原性能、微观形貌等进行了研究。结果表明:活性较好的Fe-Ni双金属催化剂中,Fe与Ni形成尖晶石结构NiFe_2O_4,该结构有利于Fe和Ni的还原,即活性组分易恢复金属态,这可能是其活性较高的原因。

板板式介质阻挡放电等离子体直接合成过氧化氢研究

本文采用自行设计的板板式介质阻挡放电(DBD)反应器,在常温常压条件下转化氢氧混合气体直接合成过氧化氢。系统考察了介质种类,介质厚度及气隙间距对氧气转化率、过氧化氢选择性、收率及能量效率的影响。发现石英是合成过氧化氢反应器的适宜介质,介质厚度及气隙间距对合成过氧化氢的收率及能量效率有显著影响。当介质厚度与气隙间距均为2.0mm,注入功率为9.1W时,过氧化氢收率及能量效率分别达到20.6%和5.5gH2O2/kWh。

惰性气体对氢氧等离子体直接合成过氧化氢的影响

在H2/O2体系中添加惰性气体(Ar、He、N2)进行常压介质阻挡放电,合成了H2O2水溶液。系统研究了不同惰性气体对体系击穿电压及H2O2合成能效的影响。结果表明,添加气体对击穿电压、O2转化率、H2O2选择性、H2O2收率及能量效率能产生较大影响。其中Ar的引入不仅降低了击穿电压,还提高了合成H2O2的能量效率;当Ar添加量为56.6ml.min-1时,击穿电压由11.8kV降为10.2kV;合成H2O2的能量效率提高51%,由3.45g.(kW.h)-1提高至5.20g.(kW.h)-1(以100%H2O2计)。发射光谱表征发现,在H2-O2-Ar放电体系中存在以亚稳态为末态的辐射Ar(696.5、794.8、811.5nm),表明亚稳态Ar物种的潘宁电离作用可能是降低击穿电压的主要因素。由示波器测量的放电电流波形图可知,Ar的加入增大了体系电子密度,使得相同功率下O2转化速率大幅提高,从而使合成H2O2能量效率显著提高。

CH4/O2等离子体反应直接合成甲醇的研究

高效甲烷转化技术一直是学术界及工业界的研究热点,其中,甲烷转化制甲醇颇受业界关注。然而,甲烷分子结构稳定且C—H键能大(413 kJ/mol)导致转化困难。采用新型介质阻挡放电反应器,以循环水为接地极,在低温常压条件下通过分子氧实现甲烷直接氧化制甲醇。结果表明,在短停留时间和低功率条件下可以达到较高的甲醇选择性,在温度为85℃、n(CH4)∶n(O2)为2∶1、停留时间为0.393 s和功率为30 W条件下,甲烷转化率达到4.1%,甲醇选择性达到42.2%,液体产物选择性达到76.2%。

铬催化剂促进CH_4/NH_3等离子体C-N偶联反应合成HCN

氰化氢作为一种重要的基本化工原料,在合成医药和精细化学品等领域有广泛用途.为解决氰化氢生产技术多在1 000℃以上的高温进行,且使用贵金属Pt或Pt-Rh催化剂的问题,在介质阻挡放电等离子体和负载型Cr催化剂条件下,通过CH4/NH3偶联反应一步合成氰化氢和乙腈等高附加值化合物,并系统研究了负载型Cr催化剂的负载量和载体类型对甲烷转化率和产物选择性的影响.在最优条件下(20mL·min^(-1)甲烷、40mL·min^(-1)氨气、负载量10%Cr/S-1催化剂、380℃反应温度),甲烷转化率达到30%左右,氰化氢选择性达到80%左右.该等离子体催化CH_4/NH_3偶联反应为氰化氢和乙腈提供了一种绿色且廉价的合成方法,也为甲烷和氨气精细化利用开辟了新途径.

CH_(4)/H_(2)O等离子体催化甲烷水蒸气重整直接制甲醇的研究

两步法甲烷水蒸气重整生产甲醇的高温、高压操作条件导致高能耗和高成本。利用线-筒式介质阻挡放电反应器,通过等离子体与Cu基催化剂耦合实现了甲烷水蒸气重整一步制甲醇,并考察了CH_(4)/H_(2)O/Ar等离子体反应条件和Cu/SiO_(2)催化剂的催化性能。结果表明,在最佳反应温度为170℃、最优CH_(4)/H_(2)O摩尔比为1∶4、负载量为5%的Cu/SiO_(2)为催化剂时,甲烷的转化率达到6.4%,甲醇的选择性达到58.8%。

新工科背景下工业催化专业实验教学改革探索

"新工科"概念的提出给高素质创新型人才的培养提出了新的要求。文章结合工业催化专业实验课的教学改革措施、教学实践经验和教学成果,分析了该课程教学在培养创新型卓越工程人才、促进传统工科专业教学的转型和改革、训练和提升学生的实践能力和应变能力方面取得的成效,可为类似实践课程的本科教学提供借鉴。