乙炔氢氯化反应中的负载金-离子液体催化剂:离子态金物种的稳定机制

聚氯乙烯(PVC)作为世界通用工程塑料之一,具有优异的物理、化学和机械性能,在工业、农业、建筑、包装、电力等行业中应用广泛.氯乙烯是生产聚氯乙烯的重要单体.氯乙烯的生产主要有电石法和乙烯法两种工艺路线,由于我国“贫油、富煤、少气”的资源现状,电石法产能占全部产能的83%以上.电石法生产氯乙烯的原理是在氯化汞催化剂存在下,将电石水解精制后的乙炔气与氯化氢加成直接合成氯乙烯.随着节能减排及环保要求的逐渐提高和国际涉汞公约的实施,开发新一代绿色无汞催化剂具有重要的战略意义.近年来,金基催化剂是无汞催化剂基础研究和技术开发中最重要的方向.在之前的工作中,我们课题组首先报道了负载离子液体-金催化剂体系(Au-SILP)在电石法生产氯乙烯工艺中的应用,并发现离子液体的存在可以显著提高金活性物种在载体表面的分散度和稳定其化学价态.在后续研究中,我们在负载离子液体-金催化体系中引入金属铜离子(Cu^2+),利用反应过程中Au-Cu之间的氧化还原循环,设计并制备了金属铜基配位离子液体,构建了负载离子液体-金-铜催化剂体系.铜离子的引入形成了一个催化剂自身维持氧化态的微环境,实现了被还原金物种的原位氧化再生.本文在上述研究基础上,利用配位离子液体[Bmim][N(CN)2]中[N(CN)2^–]阴离子和阳离子金之间的强配位作用,构建出比Au-Cl键更稳定的Au–N键,并通过X射线光电子能谱(XPS)、球差校正-扫描透射电镜(AC-STEM)和扩展X射线吸收精细结构(EXAFS)表征证明了Au以单原子状态存在于载体表面.制备的Au-N(CN)2/AC催化剂在乙炔氢氯化反应中表现出比Au-Cl/AC和Au/AC催化剂更高的稳定性和催化活性以及更短的诱导期.进一步表征分析发现,[N(CN)2^–]配体促进了阳离子金和配体之间的电子转移,提高了阳离子金的电子云密度,削弱了乙炔在阳离子金上的吸附强度,抑制了其还原,提高了催化剂的稳定性.更重要的是,与阳离子金配位的[N(CN)2^–]配体使得反应过程中的氯化氢在氮位点发生化学解离,促进了氯化氢活化,同时降低了反应能垒.对负载配位离子液体-金催化体系反应诱导期的分析结果表明,反应诱导期与反应物(乙炔、氯化氢)分子在离子液体层中的溶解度无关,而主要取决于催化剂中Au(Ⅲ)物种的含量和反应物分子在离子液体中的扩散速率.上述研究结果进一步深化了离子液体和活性金物种之间电子的作用机理,建立了负载离子液体-金催化剂体系对反应物的活化机制和反应机理,为进一步开发具有工业应用价值的乙炔氢氯化反应无汞催化剂提供了科学基础和参考.     

云蒸霞蔚——多色双喷泉实验

本实验在氨气和氯化氢气体的单喷泉实验基础上设计了集两种气体的制备、收集、验满、尾气处理、气体反应、喷泉实验与试剂回收利用于一体的连续性实验,喷泉部分涉及到的实验原理有氨气与硫酸铜溶液的配位反应、氨气与氯化钴溶液的沉淀反应、无色酚酞溶液和酸性对硝基苯酚溶液在碱性环境下的变色反应,以及氯化铁和硫氰化钾在弱酸性条件下的反应等。本实验的主要仪器装置由团队自行设计、定制,操作简便,玻璃活塞还可控制喷发顺序,实现多色多样喷泉,伴随氯化铵生成时的袅袅白烟,云蒸霞蔚,煞是壮观。另外,我们设计了多角度的互动方案,针对不同程度知识背景的受众传授知识,让参观者真切感受到化学的魅力。     

KCl对Cu-K-La/γ-Al2O3催化剂上HCl氧化反应性能的影响

采用等体积浸渍法制备了Cu-K-La/γ-Al₂O₃催化剂,考察了KCl对该催化剂催化HCl氧化制Cl₂反应性能的影响. 当KCl的负载量为5 wt%时,Cu-K-La/γ-Al₂O₃催化剂表现出较好的催化活性和稳定性,可在较大的原料气空速变化范围内使用. 在0.1 MPa,360 ℃,空速450 L/（kg-cat·h）和HCl/O₂摩尔比为2：1的反应条件下,Cu-K-La/γ-Al₂O₃催化剂上HCl转化率在100 h内保持85%以上. 表征结果表明,Cu,K和La物种均高度分散于γ-Al₂O₃载体表面;一定量KCl的加入可降低Cu²⁺ → Cu⁺的还原温度,从而提高Cu²⁺活性中心的催化活性.     

基于玻璃光波导检测氯化氢气体方法的研究

氯化氢等气体的检测在环境监测和化学工业等许多领域中具有重要意义.本文介绍以玻璃光波导元件和消逝波的吸收为基本原理来检测氯化氢等酸性气体的一种新方法.钾离子交换玻璃光波导是通过在400℃熔化的硝酸钾(KNO3)中浸没显微镜载玻片(尺寸为76×26×1 mm)(30min)而制作的.刚果红作为敏感试剂,采用匀胶机做成薄膜固定在钾离子交换玻璃光波导表面.文中论述了实验装置和响应特征,本元件具有响应快,灵敏度高等特点,并且检测限在0.4 mg/m3以下.     

直接反应法合成异丙醇钇中AlCl3的催化作用

在用直接反应法合成稀土金属醇盐的反应中,传统上一直以I2或Hg2 系列盐(如HgCl2,Hg(C2H3O2)2和HgI2等)或其混合物做催化剂.对某些金属合成反应会存在反应速率低、产率低的问题.通过以无水AlCl3做催化剂、金属钇薄片和异丙醇为原料,加热回流直接反应,成功地合成了异丙醇钇.反应中放出大量H2和红外吸收光谱分析结果证明产物确为异丙醇钇.实验证明以无水AlCl3做催化剂可以大大提高反应速率和产率.实验和理论分析揭示了无水AlCl3的催化机理:无水AlCl3与异丙醇作用生成了HCl和可表示为AlCl2(OPri).2AlCl3.PriOH的中间产物,使整个体系的酸性提高,从而加速了反应的进行.AlCl3催化机理完全不同于I2和Hg2 系列盐类,这里H 为氧化剂,起重要作用.使用无水AlCl3替代传统催化剂可以解决I2做催化剂对某些反应的效率低下问题,或Hg2 系列盐类的毒性问题.     

城市生活垃圾与煤矸石混烧特性及其HCl排放特性研究

利用热重分析仪对城市生活垃圾与煤矸石单独及混合燃烧特性进行了研究,并采用高温管式炉燃烧装置考察了PVC、NaCl及MSW与煤矸石混烧过程中HCl的排放规律。结果表明,在煤矸石中掺烧部分MSW可有效改善煤矸石的燃烧特性,尤其是脱挥发分和着火特性。综合考虑燃烧特性变化,建议MSW掺混比例为20%。PVC与NaCl掺混比较低时,煤矸石可抑制PVC燃烧过程中HCl的析出,会显著促进NaCl中HCl的析出;当掺混比增大时,上述作用逐渐减弱。MSW与煤矸石混烧时,会促进HCl的析出,增大烟气中HCl的浓度。当掺混比为10%时,HCl排放浓度达到56.22 mg/m~3,已超过中国国家标准,必须采取相应脱氯措施。     

Study on the Phase Diagram of CsCl-CeCl3-HCl(11%)-H2O System and the Properties of the Compounds

The equilibrium solubility of CsCl-CeCl3-HCl(11%)-H2O qua-ternary system at 25℃ has been determined by the physicchemical analysis method ,and the phase diagram was plotted, Two new double salts 3CsCl.CeCl3.3H2O and CsCl.CeCl3.4H2O obtained from the complicated system were identified and characterized by XRD,TG-DTA ,DSC,UV and fluorescence spectroscopy, Studies on the fluorescence excitation and emission show that 3CsCl.CeCl3.3H2O and CsCl.CeCl3.4H2O have upconversion luminescence of infrared-visible range,and the upconversion emission intensity increases with the increase of ratio of CeCl3 in CsCl.     

Rg—HX(Rg=He,Ne;X=F,Cl,Br)分子间势的精确量子化学从头计算研究III.He—HBr

在用非迭代的三重激发项来校正CCSD的CCSD（T）理论水平下，采用aug-cc- pVQZ基函数对He—HBr的分子间势进行了系统的研究。结果表明：He—HBr以线型结 构存在。在极限基的情况下，复合物两种线型极小点结构He—H—Br和He—Br—H势 阱深分别为28.792 cm~(-1)和35.707 cm~(-1)，对应He原子到HBr分子质心的距离 R分别为0.407 nm和0.343 nm。讨论了不同的基函数和理论方法在研究此类弱束缚 态复合物的分子间势时的可靠性及其对结果的影响，同时也给出了热函数的解析形 式。     

垃圾衍生燃料热解半焦气化过程中HCl与H2S析出规律

通过水平管式气化炉和化学吸收法,对比研究了矿化垃圾热解半焦（ARC）和常规垃圾热解半焦（NRC）在水蒸气和CO₂气化过程中腐蚀性气体（HCl和H₂S）的析出特性,考察了气化温度、气化介质类型和流量对腐蚀性气体析出特性的影响。当气化温度升至950℃,ARC在水蒸气气化过程中的碳气化率、HCl和H₂S产率分别为66.1%、100%和74.9%,而其在CO₂气化过程中的碳气化率、HCl和H₂S产率分别为77.8%、100%和2.9%;NRC在水蒸气气化过程中的碳气化率、HCl和H₂S产率分别为98.8%、100%和53.7%,而其在CO₂气化过程中的碳气化率、HCl和H₂S产率分别为100%、96.2%和10.3%。以NRC为原料,考察了水蒸气和CO₂流量对其HCl和CO₂析出特性的影响。NRC的HCl和H₂S产率均随水蒸气流量增加而增加,但当水碳比大于等于3.3时,其促进作用不再明显。NRC的HCl产率随CO₂流量的增加而增加,而H₂S产率随CO₂流量的增加而减小。