甲醇驱动的环氧丙烷连续生物合成

采用甲醇蒸气作为碳源对甲基弯菌IMV 3011进行驯化培养,然后逐渐增加液态甲醇的浓度使其适应,得到了能耐受甲醇(φ(MeOH)=1%)的甲基弯菌IMV 3011.对甲基弯菌IMV 3011进行甲烷-甲醇共培养可得到大量具有甲烷单加氧酶(MMO)活性的细胞.研究了添加甲醇对甲基弯菌IMV 3011生长和MMO活性的影响,发现甲醇能够促进甲基弯菌IMV3011的生长.在批式反应器中,添加甲醇能够提高甲基弯菌IMV 3011的催化环氧化能力,说明甲醇可以作为电子供体通过再生辅酶NADH驱动环氧丙烷合成.考察了在膜反应器中用细胞悬浮液连续合成环氧丙烷的可行性.结果表明,通过192 h连续抽提产物环氧丙烷,避免了其对环氧化反应的抑制,流出液中环氧丙烷的浓度仍保持在1.35 mmol/L左右.     

甲基弯菌IMV 3011整细胞催化甲烷氧化合成甲醇的研究

研究了在甲基弯菌（Methylosimus trichosporium)IMV 3011整细胞催化甲烷制甲醇的反应过程中，菌体浓度、阻断剂乙二胺四乙酸（ethylenediamine tetraacetic acid,简称EDTA）浓度、外源性电子给体、混合气组分及压力与甲醇积累的关系。批式反应的实验结果表明，在菌体浓度为7.4mg/mL时，以2mmol/L EDTA作阻断剂效果最好；作为电子给体，甲酸钠（20mmol/L)的效果优于琥珀酸钠（40mmol/L)，使用前者时的甲醇积累量是用后者时的2.8倍左右；当甲烷与空气的体积比为1：1.7时，转化率为6.0%，甲醇积累量最大；压力选用0.16MPa。连续反应中，于培养基中无铜离子培养的细胞与有铜离子的相比，持续时间长，甲醇积累高（最大产量达374μmol),前者是后者的2倍。     

甲烷氧化细菌催化二氧化碳生物合成甲醇的研究

甲烷氧化细菌中包含的甲烷单加氧酶(MMO)、甲醇脱氢酶(ADH)、甲醛脱氢酶(FaldDH)、甲酸脱氢酶(FateDH)经过一系列反应能够把甲烷深度氧化生成二氧化碳，并生成一定的能量物质．把二氧化碳还原为甲醇是一个需要能量的过程，目前还没有已知的有机体在温和条件下完成这一反应．研究发现，甲基弯菌Methylosi-nus trichosporium IMV 3011可以催化二氧化碳生物转化生成甲醇．在休眠的悬浮细胞中充人二氧化碳后，反应一段时间在反应液中检测到了甲醇．二氧化碳转化成甲醇是一个需要能量推动的反应，为了补充反应所消耗的能量．反应一段时间后需要用甲烷进行再生，以恢复细胞中的还原当量NADH．我们进行了反应再生的交替连续批式反应，甲醇积累量能够维持在一个比较稳定的水平．理论上，反应不会增加温室效应，这是一个有效的、环境友好的、可恢复的反应过程．     

二氧化碳存在下甲烷氧化细菌催化甲烷生物合成甲醇

 在甲烷单加氧酶和脱氢酶系的作用下,甲烷氧化细菌Methylosinus trichosporium IMV 3011可以把甲烷氧化成二氧化碳. 在反应体系中充入一定比例的二氧化碳后,检测到了甲醇的积累. 混合气中CO2,CH4,O2和N2的体积比为2∶1∶1∶1时甲醇的积累量达到最大. 在超滤膜反应器中进行了连续反应,利用反应混合气产生的压力将生成的甲醇从反应体系中分离. 连续反应198 h后甲醇的积累量没有明显下降.     

甲基弯菌IMV3011细胞生物催化二氧化碳制甲醇

甲基弯菌IMV 3011可以催化二氧化碳生物转化生成甲醇.在细胞悬浮液中充入二氧化碳后,反应一段时间后在反应液中检测到了甲醇产生.但是甲烷氧化细菌细胞合成甲醇的能力受到了细胞内还原当量的限制.研究发现,细胞内贮存的聚-β羟基丁酸(PHB)分解后能够产生还原当量,可以提高甲醇的产生能力.本文通过改变培养基中氮和铜的起始浓度对PHB积累量进行调节来提高甲基弯菌IMV 3011还原二氧化碳生成甲醇的能力.结果表明,随着细胞内PHB含量的增加甲醇的产生能力也会增加.当细胞内PHB的积累量达到38.6%时,将二氧化碳还原成甲醇的能力最强.当PHB的积累量超过38.6%时细胞生成甲醇的能力反而降低.     

碱金属醇盐甲醇羰基化催化剂活性研究

利用红外、气相色谱、色谱－质谱联用方法对甲醇羰基化反应过程中甲醇钾和甲醇钠催化剂的失活情况进行了研究。结果表明：在本研究条件下,甲醇钠（甲醇钾）催化剂活性在保持一段时间的稳定后,随反应时间的继续延长逐渐降低。导致催化剂活性降低的主要原因是甲醇钠（甲醇钾）可以直接与产物甲酸甲酯反应形成甲酸钠（甲酸钾）和二甲醚。甲酸钠对甲醇羰基化反应也具有一定的催化作用,但其活性远远低于甲醇钠。降低瓜在温度可以减缓催     

CuO-ZnO-ZrO_2催化甲醇水蒸汽重整反应机理和中间态

应用质谱在线技术,对CuO-ZnO-ZrO2催化甲醇水蒸汽重整(SRM)反应进行程序升温脱附(TPD)和程序升温表面反应(TPSR)研究.结果表明:在反应态催化剂表面,甲醇以分子吸附态形式存在,甲醇水蒸汽重整反应经历甲酸根中间物种.分别用CuO、CuO-ZnO、CuO-ZnO-ZrO2作催化剂,甲醇在气流中的摩尔分数分别高于5.4%、0.37%和0.17%时,甲酸根中间态的分解产物为CO2和H2;而甲醇在气流中的摩尔分数分别低于5.4%、0.37%和0.17%时,甲酸根中间态的分解产物为CO、CO2和H2.     

CuO-ZnO-ZrO2催化甲醇水蒸汽重整反应机理和中间态

应用质谱在线技术,对CuO-ZnO-ZrO2催化甲醇水蒸汽重整（SRM）反应进行程序升温脱附（TPD）和程序升温表面反应（TPSR）研究.结果表明:在反应态催化剂表面,甲醇以分子吸附态形式存在,甲醇水蒸汽重整反应经历甲酸根中间物种.分别用CuO、CuO-ZnO、CuO-ZnO-ZrO2作催化剂,甲醇在气流中的摩尔分数分别高于5.4％、0.37％和0.17％时,甲酸根中间态的分解产物为CO2和H2;而甲醇在气流中的摩尔分数分别低于5.4％、0.37％和0.17％时,甲酸根中间态的分解产物为CO、CO2和H2.     

甲烷利用菌催化烯烃环氧化的底物选择性, 细胞失活原因及产物对映体组成

研究了甲烷利用菌Methylomonas sp. GYJ3, Methylomonas sp. S, Methylomonas sp. Z201,Methylococcus capsulatus IMV3021, Methylosinus trichosporium IMV3011休止细胞催化烯烃环氧化的底物选择性, 细胞失活原因以及产物对映体组成。发生不同菌株和底物的环氧化活性不同。甲烷利用菌只能催化短链烯烃环氧化, 环烯烃和芳香烯烃无反应。对烯丙基型底物而言, 取代基大小和极性影响环氧化活性。丙烯环氧化活性最高, 烯丙醇不能环氧化。细胞失活的主要原因是环氧化产物的细胞毒性和反应体系中辅酶NADH损耗。手性气相色谱揭示甲烷利用菌催化烯烃环氧化形成外消旋产物。     

甲醇的合成和分解过程中甲酸甲酯的生成与转化

本文在常压,250℃考察了CuO/ZnO/Al₂O₃催化剂上甲酸和甲酯的分解和加氢动力学,甲醇和甲酸甲酯的程序升温分解反应(TPDe)。作为对比,还考察了ZnO/Cr₂O₃和Pd/Al₂O₃催化剂上的反应,此外,还对以H₂和CO为载气时甲醇的TPDe,以H₂和He为载气时的稳态甲醇分解进行了考察。结果表明:甲酸甲酯的分解和加氢对甲酸甲酯皆为一级,加氢速度高于分解速度。甲酸甲醋分解时,甲醇在宏观上表现为中间物,甲酸甲醋的解离吸附可能为控制步骤。     

添加甲醇对二甲醚/空气二阶段燃烧过程的影响

采用一维层流预混火焰模型对二甲醚/甲醇/空气预混气体的流动反应过程进行了数值模拟, 考察甲醛、甲酸等污染物的生成规律. 结果表明: 在低流速下, 添加甲醇能够改变二甲醚反应途径, 抑制二甲醚的低温氧化反应. 当添加和二甲醚等质量的甲醇时, 二甲醚几乎不发生低温氧化反应, 生成的OH自由基减少是导致其发生的主要原因. 随着甲醇添加量的增加, 甲酸排放指数EI_HCOOH迅速降低, 而甲醛排放指数EI_HCHO在少量增加后持续降低. 添加适量甲醇能够同时降低这两种污染物的排放指数.     

Cu-ZnO-ZrO2甲醇水蒸气重整催化剂的原位Raman表征

应用显微Raman光谱对Cu-ZnO-ZrO₂(Zr 24%,w)催化剂催化甲醇水蒸气重整(SRM)反应进行原位表征,并将结果与相同催化剂上的甲醇合成(MS)反应进行对比,结果表明:在SRM反应时,催化剂表面出现四个宽峰,其中544.8和652.8cm^-1分别为CuO-ZnO和ZrO₂的Raman吸收峰,而1361.8 cm^-1为HCOO-Cu对称伸缩振动吸收峰,在1590.3 cm^-1附近的谱峰归属于甲酸物种中OCO的不对称伸缩振动.在由CO-CO₂-H₂合成气合成甲醇时,在1350 cm^-1和分别在1550,1585,1595cm^-1出现两个甲酸根表面物种和甲酸盐的振动吸收谱带.因此,在Cu-ZnO-ZrO₂催化剂上的甲醇合成和甲醇水蒸气重整存在相同的甲酸根中间体,这一结果将有助于对甲醇合成和甲醇水蒸气重整反应机理的理解.     

甲醇在HNaY及Pd-碱金属Y沸石上的分解反应

采用脉冲微型反应色谱研究了甲醇的分解反应。甲醇在HNaY沸石上的分解活性随着钠离子被交换程度的增加而增加。当交换度小于60%时,甲醇的脱水和脱氢反应同时发生,并以脱水反应为主;当交换度超过80%时,HNaY沸石的脱氢活性消失。在含有碱金属离子的Pd/MY(M=碱金属)沸石上,甲醇的主要分解产物是CO和H_2。与LiY、NaY、KY和CsY沸石相比较,载钯后沸石在脱氢反应中活性明显增高,其活性顺序如下:Pd/CsY>Pd/NaY>Pd/LiY>Pd/KY     

MgO催化剂上甲醇分解反应机理的研究

自Greenler等用IR光谱研究了甲醇在氧化铝上的分解反应后,对各种氧化物表面上甲醇的吸附及反应的IR光谱、TPD及NMR研究已有较多报道.田丸等研究了酸性氧化铬表面上甲醇分解反应机理,认为甲醇首先形成甲氧基吸附态,然后变成甲酸根吸附态,再进一步分解为H_2、CO、H_2O及CO_2,并认为稳定的吸附态甲酸根离子在甲醇气氛下更易于分解为产物.本文对碱性MgO表面上甲醇分解反应机理进行了探讨.     

Pd/石墨烯复合材料的制备及电催化甲酸和甲醇性能研究

通过电解高纯石墨棒的方法制备氧化石墨,将氧化石墨在超纯水中超声,形成稳定的氧化石墨烯分散液。以氧化石墨烯分散液和氯化钯作为前驱体,采用一步电沉积法制备Pd/石墨烯纳米复合材料。用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)及紫外可见分光光度计(UV-vis)对物质的表面形貌及物相组成进行表征分析。用循环伏安法(CV)和计时电流法(CA)研究了Pd/石墨烯催化剂对甲酸和甲醇的电催化氧化活性。结果表明:与纳米钯修饰电极相比,Pd/石墨烯修饰电极对甲酸及甲醇的电催化氧化活性有了极大的提高。     

MIL-88B(Fex,Co1?x)催化剂制备及甲醇液相H2O2氧化一步合成甲酸甲酯

甲醇选择氧化合成甲酸甲酯是获得高附加值甲醇下游化学品的最具吸引力的催化反应工艺之一.目前,甲醇选择氧化的研究大多为气相催化反应,存在反应温度较高和产物选择性较低的难题.甲醇液相选择氧化过程的反应温度较低,反应条件易于控制,产物选择性相对较高.然而,以氧气作为氧化剂的甲醇液相选择氧化反应,有时难以脱离反应体系的爆炸极限.以H2O2为氧化剂的甲醇液相选择氧化反应,可以在温和反应条件下实现甲醇催化选择氧化.含Fe活性组分的催化剂对醇类液相选择氧化具有很好的催化性能,金属有机框架材料(MOFs)在三维空间中具有均匀分布的酸位等催化活性位,因此,含Fe的MOFs催化剂是兼具有氧化还原活性和酸性的双功能催化剂,并且引入另外一些催化活性组分时可以改善催化剂的反应性能.本文以Fe3+和Co2+为金属离子,通过简单的一锅水热法合成了一系列不同Fe/Co摩尔比的MIL-88B(Fex,Co1–x)双功能催化剂,采用X射线粉末衍射、扫描电镜(SEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)、傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱、氮气吸附-脱附和电感耦合等离子体质谱等手段表征了催化剂的结构,研究了Fe和Co催化活性组分在甲醇液相选择氧化一步合成甲酸甲酯反应中的协同作用,提出了甲醇液相H2O2氧化一步合成甲酸甲酯的可能催化反应机理.SEM和HRTEM测试结果表明,MIL-88B(Fex,Co1–x)催化剂为平均长度400–600 nm,宽度100–150 nm的针状形态,Fe和Co元素的分布比较均匀,Co掺杂没有改变MIL-88B(Fex,Co1–x)的拓扑结构.X射线光电子能谱分析结果表明从Co到Fe的供电子效应,Co的引入可以调节Fe中心的电子环境,Fe和Co具有协同催化作用.通过甲醇液相氧化性能测试发现,MIL-88B(Fe0.7,Co0.3)表现出最优的催化性能,使用0.5当量的H2O2为氧化剂,在80℃下反应60 min后,甲醇转化率为34.8％,甲酸甲酯选择性由50.7％(单金属Fe)提高至67.6％.且经过四次催化循环后,MIL-88B(Fe0.7,Co0.3)的催化活性没有明显降低.催化反应机理研究表明,Fe是吸附活化H2O2进而选择氧化甲醇的主要活性中心,H2O2首先在Fe3+上吸附和活化,甲醇通过氢键作用吸附在MOF的骨架O原子上,被逐步氧化为甲酸,然后甲酸与剩余甲醇在Lewis酸性位点Fe3+和Co2+上反应生成甲酸甲酯;Co的掺杂加速了Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)的电子转移,提供了更多的配位不饱和金属位点,增强了对中间产物甲酸的吸附,促进了甲酸向甲酸甲酯转化,从而提高产物选择性.     

CO2加氢合成甲醇催化反应中CO的作用

研究了铜基催化剂上CO₂加氢合成甲醇反应中掺人CO的作用,结果表明,在原料中添加少量CO,甲醇的选择性提高38%,收率提高25%;TPD-MS和TPSR-MS结果表明,CO能抑制催化剂表面起逆水汽变换作用的活性位对CO₂的吸附,从而提高了CO₂加氢合成甲醇的选抒性.     

甲醇在CeO2担载Pd催化剂上分解机理的研究

采用原位红外(in-situFTIR)技术对甲醇在CeO₂和Pd/CeO₂催化剂上的吸附和反应进行了研究,提出一个新的甲醇分解反应机理模型.甲醇在CeO₂上容易吸附并结合其晶格氧生成甲酸盐物种,而甲醇分解的产物氢被Pd活化后,溢流到CeO₂上促进了甲酸盐物种的分解.Cl^-的存在加强了Pd/CeO₂催化剂与氢的相互作用,Pd和CeO₂通过对氢和氧物种的作用对甲醇分解反应的过程表现出协同效应.     

Ni-K/Al_2O_3系催化剂上甲醇分解的红外光谱研究

用红外光谱技术研究了室温至300℃时甲醇在Ni-K/Al_2O_3系催化剂上分解形成的吸附态。在Ni/Al_2O_3上形成了物理吸附甲醇、表面甲氧基、吸附一氧化碳和表面甲酸盐。除此以外,在Ni-K/Al_2O_3上还形成了一个稳定的一氧化碳吸附构型及表面碳酸氢盐和=配位碳酸盐。各种表面生成物的稳定性和生成量与催化剂中1K含量及温度之间的关系密切。另外,讨论了甲醇分解时在Ni-K/Al_2O_3系催化剂表面上发生的反应,确认甲醇分解的中间反应产物是表面甲氧基。     

颗粒性甲烷单加氧酶的电子供体研究

从甲基弯菌M ethylosinus trichosporium IMV3011的膜中分离出颗粒性甲烷单加氧酶（Particulate MMO,Pmmo）t和NADH脱氢酶，只有当两者同时存在，并添加去垢剂解离膜组分时，NDAH才能为pMMO提供还原当量，对苯二酚能够在整细胞和膜水平代替NADH作为PMMO的电子供体，对于纯化的PMMO，对苯二分配仍是有效的电子供体，而NADH却是无效的电子供体。在NADH脱氢酶存在下，NADH可将对苯醌还原为对苯二酚，纯化过程中，采用对苯二酚作为PMMO活性分析时的电子供体，不必共纯化NADH脱氢酶，且有利于对PMMO活性中心进行深入研究。