乙烯齐聚制α-烯烃反应体系的热力学研究

利用Benson基团贡献法计算了乙烯齐聚制α-烯烃反应各物质的标准摩尔生成焓、标准摩尔熵和摩尔定压热容,在298～700 K温度范围内对乙烯齐聚制α-烯烃反应体系的反应热、吉布斯自由能以及反应平衡常数进行了详尽的计算,分析了不同反应步骤的热力学平衡与限度,对不同反应发生的热力学可能性与顺序进行了判断,考察了反应温度和压力对乙烯齐聚制α-烯烃反应化学平衡的影响,确定了乙烯齐聚制α-烯烃反应体系适宜的工艺条件.结果表明:乙烯齐聚制α-烯烃反应为放热反应;从热力学上看,温度低于546 K时,乙烯齐聚生成直链α-烯烃反应为自发过程,且比α-烯烃异构化和烯烃歧化反应更容易进行;低温、高压有利于乙烯齐聚制α-烯烃反应的进行;乙烯齐聚制α-烯烃反应体系适宜的工艺条件为温度323～473 K,压力5～20 MPa,且在SHOP法的工艺条件下(温度363 K,压力10.3 MPa),乙烯齐聚生成直链α-烯烃反应的热力学平衡转化率接近于100%.     

异丁烷脱氢反应的热力学分析

利用HSC5.0软件对异丁烷脱氢反应进行热力学分析,计算了异丁烷脱氢过程中各反应的平衡常数和不同温度、压力及氢烃比的异丁烷脱氢反应的平衡转化率.结果显示,裂解反应平衡常数比脱氢反应大约3个数量级,在热力学上裂解反应更易进行.在异丁烯异构化产物中,trans-C4 H8生成的平衡常数最大,cis-C4 H8其次,1-C4...     

甲醇制烃反应机理:基础及应用研究（英文）

甲醇制烃(MTH)反应作为一条非石油可持续路线制备重要的平台化学品,得到学术界和工业界的广泛关注.根据主要产物的不同, MTH反应又分为甲醇制烯烃(MTO)、甲醇制汽油(MTG)和甲醇制芳烃(MTA).MTO反应已经实现了商业化应用,但其催化效率,即烯烃选择性和催化剂寿命仍有待提高.为开发高效的MTH催化剂,其机理研究得到了研究者的广泛关注.MTH反应稳态阶段的间接机理(即“烃池”机理)已达成基本共识,但反应诱导期的第一个C-C键的形成及转化过程一直是该领域具挑战性和争议性的课题.原位谱学技术的发展为探究MTH反应第一个C-C键的形成机理研究带来了机遇,目前,已有多条关于C-C键形成及转化路径的报道.然而,有关MTO反应机理,尤其是第一个C-C键形成及转化为“烃池”物种过程的报道和文献总结尚不充分.此外,有关机理研究用于指导高效MTO催化剂设计的文献综述较少.基于该反应重要的基础及应用研究背景,对其进行全面分析总结具有十分重要的意义.本文首先归纳总结了MTH反应的机理研究进展,包括第一个C-C键形成的直接机理、间接机理、“双循环”机理(提出及演变过程)以及由直接机理逐步转化为间接机理的...     

纳米TiO2光催化降解CH3OH、HCHO及HCOOH反应的研究

以纳米TiO2为催化剂，采用主波长为364nm的汞灯为光源，分别研究了浓度为0.1mol/L的甲醇、甲醛和甲酸水溶液的光催化氧化反应速率，用TEM、XRD、SSA和FT-IR对催化剂进行了表征，通过气相色谱测定反应物和生成物的浓度变化。并用Langmuir-Hinshelwood方程进行计算，证明该组反应均为零级反应，根据红外光谱的检测结果，提出了甲醇光催化的反应机理。     

甲醇氧化羰基化反应中CO和CH3O在CuCl（111）表面上吸附作用的理论研究

基于密度泛函理论方法,采用广义梯度近似方法结合周期平板模型,对甲醇氧化羰基化反应中CuCl(111)表面上CO和CH3O的吸附、共吸附及CH3OCO的吸附进行了系统研究,探讨了CO和CH3O反应生成CH3OCO以及CH3OCO和CH3O反应生成碳酸二甲酯(DMC)的动力学特性.计算结果表明,在CuCl(111)表面的共吸附体系中,CO和CH3O之间的相互作用力比自由态的CO和CH3O之间的作用力大;CO和CH3O反应生成CH3OCO为整个甲醇氧化羰基化反应的速控步骤,活化能为113.19 kJ/mol,计算结果与实验结果一致.     

金属盐添加剂对甲醇羰基化反应的助催化研究

以[Rh(CO)2Cl]2为催化剂,以Sn、Pb、Cr、Zr金属盐作为添加剂,在催化甲醇羰基化制乙酸的反应中系统考察了不同添加剂对反应的影响.试验证明,含有添加剂的反应体系具有更高的催化活性和选择性,其中乙酸的时空收率最高达到40mol/(L·h)以上.     

HZSM-22和SAPO-11催化甲醇转化制烯烃（MTH）反应：酸强度对反应和失活机理的影响

从煤、生物质或天然气出发经甲醇制烯烃正在成为最重要的非石油路线低碳烯烃和液态燃料的生产途径。基于SAPO-34和HZSM-5催化剂,甲醇制低碳烯烃(MTO),甲醇制丙烯(MTP)和甲醇制汽油(MTG)已经实现了工业化。与此同时,甲醇制烯烃反应机理也一直是学术界和工业界研究的焦点,然而由于甲醇转化机理十分复杂,且往往受多种因素的影响,使得机理研究工作至今未给出明确详尽的结论。据文献报道,在具有较大笼或交叉孔道结构的SAPO-34, SSZ-13和Hβ催化剂上,甲醇转化主要是通过烃池机理进行。烃池物种包括多甲苯及其对应的质子化产物。随着HZSM-5上甲醇转化双循环机理的提出,近期人们开始关注一维孔道分子筛上的甲醇转化反应,试图通过抑制芳烃循环使得甲醇转化主要通过烯烃甲基化裂解机理进行,发现在具有一维十元环孔道结构的HZSM-22分子筛上甲醇转化能够达到这一效果,产物主要以C3+烯烃为主,乙烯的生成较少。该催化体系的发现对于甲醇制丙烯过程的开发具有重要的意义,然而除了分子筛的拓扑结构,催化剂的酸强度对甲醇转化也具有重要的影响,值得深入研究。为此,本文采用同位素切换/共进料实验,色质谱(GC-MS),热分析(TGA)以及原位红外实验(in situ FTIR)等技术系统研究两种一维十元环结构分子筛HZSM-22和SAPO-11酸强度对于甲醇转化和催化剂失活机理的影响,为开发新型催化剂和优化反应条件以调节产物选择性提供理论指导。
　　12C/13C-甲醇切换实验表明, HZSM-22和SAPO-11催化的甲醇转化机理主要是烯烃循环,然而由于酸强度的差异导致两种分子筛上甲基化反应和裂解反应对烯烃最终产物分布贡献不同。对于HZSM-22分子筛,催化活性较高,当反应温度低于400 oC时,产物以C5+高碳烃为主,随着反应温度的升高,产物以C2–C4低碳烃为主,且乙烯的增长速率高于丙烯;对于SAPO-11分子筛,催化活性较低,无论反应温度高或低,甲醇转化产物均以C5+高碳烃为主。以上结果表明,催化剂的活性与酸强度相关,且随着反应温度的升高,在酸性较强的HZSM-22分子筛上高碳烃的裂解活性要远高于酸性较弱的SAPO-11分子筛。该推论得到13C-甲醇和12C-1-丁烯共进料实验数据的支持。失活催化剂的GC-MS和TG结果显示,催化剂的失活与酸强度和反应温度密切相关：对于HZSM-22分子筛,较低温度下(<450 oC)催化剂的失活源于稠环化合物的生成和积累,高温下(>450 oC)的失活是源于分子筛表面石墨碳的沉积;对于SAPO-11分子筛,低温下(<400 oC)的失活源于稠环芳烃的生成和积累,高温下(>400 oC)的失活是源于分子筛表面石墨碳的沉积。此外,由于酸强度的差异,与SAPO-11相比,低温下积碳物种更倾向于在HZSM-22分子筛孔口快速形成。这也是HZSM-22分子筛在低温下快速失活的原因。为了进一步证明该结论,本文采用原位红外装置对HZSM-22催化甲醇转化过程中的Br?nsted酸和芳烃物种进行了连续监测。结果显示,在最初的15 min内归属为Br?nsted酸的峰(3585 cm–1)有明显的下降,但随着反应时间的延长, Br?nsted酸的量不再发生变化;与此同时,归属为芳烃物种的峰(3136 cm–1)增加到一定程度后随着反应时间的延长也几乎不再增加。这进一步说明了低温下HZSM-22分子筛的失活是由非活性芳烃积碳物种堵塞孔口造成的。     

密度泛函理论研究香草醛与氨基硫脲的加成-缩合反应

针对氨基硫脲和香草醛亲核加成-缩合反应的反应物和生成物,用量子化学密度泛函方法在B3LYP/6-31G水平上进行几何优化,通过Mulliken电荷分析推测出香草醛具有较高的亲核加成反应活性.对优化后的构型进行振动分析,得到不同温度下反应物和生成物的热力学性质,据此计算出相应温度下的反应焓变、吉布斯自由能变和平衡常数.实验表明,在298K～1000K内,氨基硫脲与香草醛的亲核加成-缩合反应是一个放热反应,吉布斯自由能变成负值,平衡常数很大,说明反应在温和条件下即能自发进行.在此基础上采用含时密度泛函方法(TD-DFT)计算了分子激发态的电子跃迁能,得到对应激发态的吸收波长,所得结果与文献值基本吻合.     

丁烯催化裂解制丙烯/乙烯反应的热力学研究

 通过对丁烯催化裂解反应网络中各反应步骤进行热力学分析计算,结合实际反应的产物分布,探讨了各产物的形成机理及影响因素. 热力学计算结果表明,升高温度有利于丁烯裂解为丙烯和乙烯,选择合适的反应温度和压力可有效提高产物中的丙烯/乙烯比. 低碳烯烃在热力学上有很强的芳构化倾向,升高温度可抑制氢转移反应,可以通过优化反应条件和开发高选择性催化剂的方法来提高丙烯和乙烯的选择性,抑制芳烃和烷烃的生成. 在催化裂解反应条件下,C5+烃的生成量较少. 热力学计算结果在进行催化剂筛选和反应条件优化过程中得到了验证和补充.     

羟基乙酸合成反应的热力学计算机模拟

在实验基础上,采用密度泛函理论中的B3LYP方法,通过计算机模拟,研究了合成羟基乙酸的反应物与产物的结构。在此基础上对反应热力学进行了模拟计算,通过计算,优化了反应物与产物的几何构型与电子分布,并得到了羟基乙酸合成的主副反应的焓变、吉布斯自由能变以及反应平衡常数。模拟计算结果表明,主反应的焓变为-630KJ/mol,为放热反应,副反应的焓变为-580KJ/mol,为放热反应,主反应的标准吉布斯自由能变为-745KJ/mol,而副反应的吉布斯自由能为-558KJ/mol,该反应为不可逆反应。为羟基乙酸合成反应的热力学性质的计算为反应工艺条件的控制和热力学研究提供理论了指导。     

Kinetics of Methanol Carbonylation to Methyl Formate Catalyzed by Sodium Methoxide

Kinetics of synthesis of methyl formate from carbon monoxide and methanol, using sodium methoxide as the catalyst and pyridine as the promoter in a batch reactor, was studied. Kinetic parameters such as the apparent reaction orders, the rate constant and the apparent activation energies were obtained. The experimental results showed that both the reaction orders with respect to CO and methanol equal to 1, the general reaction kinetic equation is (-r)=-dp(CO)/dt=k, p(CO).[MeOH], and the rate constant is k=8.82×10~6exp [-61.19×10~3/(R·T)] in the presence of pyridine. The apparent activation energies had decreased 6.44 kJ/mol and the rate constant had increased more than 1.5 times when pyridine was used as the promoter in the catalyst system.     

Kinetics and Thermodynamics of Synthesis of Tertiary-Amyl Methyl Ether Catalyzed by Ion-Exchange Resin

Synthesis of tertiary-amyl methyl ether (TAME) was carried out in the temperature range 40–70 ° Cusing a sulfonic acid resin as the catalyst. Thermodynamic data were calculated from the equilibrium concentration of the components in a stirred batch reactor by the Unifac method. The enthalpy change of TAME formation was calculated to be (?20.4 ± 0.8) kJ/mol and the equilibrium constant is expressed as Ka = 3.94 × 10^?4 exp (20400/RT). For the kinetic tests, a homogeneous solution system was selected to interpret experimental results. The activation energy of the forward reaction was calculated to be (94.0 ± 1.5) kJ/mol and the rate constant is expressed as k₂ = 5.31 × 10¹¹ exp (?94000/RT). The validity of this kinetic model was verified by fitting experimental data.     

聚对苯二甲酸丙二醇酯的甲醇解聚研究

在高压反应器中研究了聚对苯二甲酸丙二醇酯的甲醇解聚反应规律，考察了反应温度、时间等对解聚反应的影响。结果表明，单体收率随反应温度的升高、反应时间的延长而增加；利用凝胶色谱分析了反应后固体产物的组成，利用羧甲基浓度随反应时间的变化建立了动力学方程，计算得到解聚反应的活化能为87.8kJ/mol。     

异丁烷脱氢制异丁烯体系的热力学分析

对等温反应条件下的异丁烷脱氢制异丁烯反应进行了热力学分析,以获得等温反应条件下,压力和温度或其他反应条件与异丁烷脱氢反应的自由能ΔrG与热焓值ΔrH之间的关系。考察了不同反应条件(压力、温度和进料方式等)对于异丁烷脱氢反应的转化率的影响,为今后异丁烷脱氢制异丁烯工艺的开发提供热力学基础数据的支持。     

Study of Methanol Conversion over Fe-Zn-Zr Catalyst

The methanol conversion over Fe-Zn-Zr catalyst was studied at 0.1 MPa and 280-360℃. The experimental results indicate that the main products of methanol conversion are methane and butane, and that other hydrocarbons are scarcely produced.All results show that propylene is most probably the olefin formed first in methanol conversion rather than ethene over Fe-Zn-Zr catalyst.Methane is formed from methoxy group,and C_4 is possibly yielded on the surface from propylene through binding with a methoxy group.     

甲醇POSR制氢的反应网络热力学分析和有效因子的估算

在Cu/ZnO/Al2O3催化剂上对甲醇部分氧化蒸汽重整制备氢气反应的动力学过程进行了研究。在常压和473 K～1 073 K温度范围内对该反应网络中的甲醇部分氧化、甲醇蒸汽重整、甲醇分解和水煤气反应的化学平衡进行了分析。在对这些反应的催化剂Cu/ZnO/Al2O3动力学研究的基础上，根据有效因子的基本概念，考虑催化剂颗粒内的扩散限制，对每个反应沿反应器床层的有效因子进行了估算。     

Effect of Solvent Diols and Ligands on the Properties of Sol-Gel Alumina-Silicas

Amorphous alumina-silicas were prepared from a tetra-alkoxysilane and anhydrous aluminum trichloride or an aluminum alkoxide by a sol-gel process using 2-methyl-2,4-pentanediol, pinacol, 1,2-propanediol, 2,3-butanediol or ethylene glycol as the solvent or complexing agent, and the effect of diols and alkoxy groups on the physical and chemical properties of the alumina-silicas was examined. When the diol or the alkoxy group was bulky, the alumina-silicas had relatively larger micropores, a larger pore volume and higher surface areas. In the conversion of methanol catalyzed by the alumina-silicas, the bulkier diols and alkoxides gave catalysts that produced dimethyl ether in higher yield and hydrocarbons in lower yield. Thus, when ethylene glycol was used as the diol, the best catalyst for the production of hydrocarbons, especially the production of olefins such as ethylene, propylene and butene, was obtained. Furthermore, in comparison with alumina-silica prepared by a traditional kneading process, it was found that the sol-gel alumina-silica could efficiently convert methanol to dimethyl ether and hydrocarbons, but the material prepared by kneading had a very low conversion of methanol to other compounds.     

Transition state characterization for the reversible binding of dihydrogen to bis(2,2'-bipyridine)rhodium(I) from temperature- and pressure-dependent experimental and theoretical studies

Thermodynamic and kinetic parameters for the oxidative addition of H2 to [Rh(I)(bpy)2]+ (bpy = 2,2'-bipyridine) to form [Rh(III)(H)2(bpy)2]+ were determined from either the UV-vis spectrum of equilibrium mixtures of [Rh(I)(bpy)2]+ and [Rh(III)(H)2(bpy)2]+ or from the observed rates of dihydride formation following visible-light irradiation of solutions containing [Rh(III)(H)2(bpy)2]+ as a function of H2 concentration, temperature, and pressure in acetone and methanol. The activation enthalpy and entropy in methanol are 10.0 kcal mol(-1) and -18 cal mol(-1) K(-1), respectively. The reaction enthalpy and entropy are -10.3 kcal mol(-1) and -19 cal mol(-1) K(-1), respectively. Similar values were obtained in acetone. Surprisingly, the volumes of activation for dihydride formation (-15 and -16 cm(3) mol(-1) in methanol and acetone, respectively) are very close to the overall reaction volumes (-15 cm(3) mol(-1) in both solvents). Thus, the volumes of activation for the reverse reaction, elimination of dihydrogen from the dihydrido complex, are approximately zero. B3LYP hybrid DFT calculations of the transition-state complex in methanol and similar MP2 calculations in the gas phase suggest that the dihydrogen has a short H-H bond (0.823 and 0.810 Angstroms, respectively) and forms only a weak Rh-H bond (1.866 and 1.915 Angstroms, respectively). Equal partial molar volumes of the dihydrogenrhodium(I) transition state and dihydridorhodium(III) can account for the experimental volume profile found for the overall process.     

Cu(phen)Cl_2催化甲醇氧化羰基化合成碳酸二甲酯

以CuCl2和邻菲啰啉(phen)为原料,在甲醇和乙醇混合溶剂中制备了Cu(phen)Cl2,采用傅里叶红外光谱、热重分析和H2程序升温还原对其进行了表征,并研究了其在甲醇氧化羰基化合成碳酸二甲酯(DMC)反应中的催化性能.结果表明,Cu(phen)Cl2不仅具有较高的热稳定性,而且因phen与Cu(Ⅱ)间的σ-π配位作用而具有较高的催化活性.在催化剂浓度0.011mol/L,反应温度150℃,反应压力4.0MPa和p(CO)/p(O2)=19的条件下,生成DMC的转化数(TON)可达51.5.研究还发现,反应存在诱导期,且TON随温度呈"M"形变化,据此提出了新的羰氧化反应机理.     

Calculating the thermodynamic characteristics of the stepwise transesterification of simple triglycerides

Thermodynamic data for mono- and diglycerides of palmitic, oleic, and linoleic fatty acids participating in the stepwise transesterification reaction of the corresponding simple triglycerides in methanol are calculated. The obtained thermodynamic parameters allow us to calculate the chemical equilibrium and the equilibrium composition of the products of the stepwise transesterification reaction of fatty acid triglycerides with supercritical methanol.