常压、脉冲微波强化丝光等离子体作用下甲烷与二氧化碳的反应研究

采用脉冲微波强化丝光等离子体反应装置,研究了甲烷氧化偶联与二氧化碳重 整制合成气(CO+H_2)副产乙炔、乙烯的反应。常压下,当CH_4和CO_2流量分别为 120,80mL/min,微波峰值功率120W,脉冲通断比为100/100ms时,CH_4和CO_2转化 率分别为70.8%,68.8%;CO, C_2H_2,C_2H_4选择性分别为75%,17.8%和4.1%,产物 中没有积炭。H_2/CO摩尔比值随原料气中甲烷比例的增加而增大,当CH_4/CO_2摩 尔比为2：1时,H_2/CO摩尔比达到2,这种比例的合成气能方便地用于下一步的 Fischer-Tropsch反应和其他化学品的合成。与其他等离子体反应相比,采用脉冲 强化常规丝光等离子体进行CH_4脱氢偶联与CO_2重整反应,能量效率明显提高,这 对于促进微波等离子体技术在C1化学中的应用具有重要的意义。     

甲烷氧化偶联La—Mn—Li系复合氧化物催化剂的研究

用XRD、IR、XPS和SEM等方法研究了混合氧化物LiLa_(1-x)Mn_xO_2的结构和它们对甲烷氧化偶联的催化性能。结果表明,随着MnO_2的变化,可形成一系列复合氧化物,其中三元复合氧化物La_2Mn_(1-y)Li_yO_4是甲烷氧化偶联的活性相,由于Li~+部分取代Mn~(2+)形成Li~+-O~--Mn(2+)缺陷簇,增加了活性氧种的浓度和再生速度是这种氧化物具有较高甲烷偶联活性的主要原因。脉冲实验证明,CH_4脱氢生成CH_3·偶联生成C_2H_6,进一步氧化脱氢生成C_2H_4都可在催化剂表面完成,而CO和CO_2是在气相反应中生成的。在780℃C_2收率可达23.9%。     

甲烷/甲醇光催化转化研究进展

在能源需求不断上涨及石油供应日益紧张的背景下,开展对煤、天然气或生物质等非油基资源(CO、CO_2、CH_3OH、CH_4等)的高效利用显得尤为重要。C_1小分子(CO、CO_2、CH_3OH、CH_4等)经催化转化可得到燃料及多种化学品,一直受到学术界及工业界的广泛关注。甲烷/甲醇作为重要的C_1平台分子,其催化转化在C_1化学中占据重要地位。为了提高目标产物的选择性,需要有效地控制甲烷/甲醇中C―H键的活化。传统热催化作为甲烷/甲醇最常见的转化方法发展已久,但仍然面临着反应条件苛刻、能耗大、产率和选择性低等问题。光催化反应通过引入光能弥补反应中吉布斯自由能的上升,同时具有反应条件温和、操作简单、能耗低等特点,从而为甲烷/甲醇转化提供了新的途径。通过调节光的波长、强度以及催化剂的氧化能力可以实现甲烷/甲醇的选择性转化,减少副产物的生成。此外,光催化能够选择性活化甲醇的C―H键而非O―H键,从而实现甲醇的C―C偶联反应。本文主要围绕甲烷/甲醇的重整、氧化和偶联反应,总结近年来的光催化转化进展,并对进一步提高光催化性能做了展望。     

钒硼双原子阳离子活化甲烷研究（英文）

3d过渡金属物种活化甲烷的研究已有较多报道,但人们对3d前过渡金属物种与甲烷反应体系的报道非常少,与之相关的甲烷活化机理的认识仍然非常有限。在本工作中,我们通过气相质谱实验和密度泛函理论计算证实了VB~+离子可以在热碰撞条件下活化甲烷产生氢气和碳硼化合物,由于强的静电相互作用,甲烷活化优先发生在VB~+离子的V原子位点。甲烷的活化转化涉及二态反应性,在反应的入口处需要经历从高自旋六重态到低自旋四重态的自旋反转。由于V―CH_3以及B―H化学键较强,H3C―H键断裂以V―B单元协同插入而非单个V或B原子插入C―H键的方式进行。对VB~+活化甲烷的机理认识可以为新型3d过渡金属催化剂活化甲烷的研究提供理论基础。     

掺杂SrTiO_3体系上甲烷氧化偶联反应的研究 催化剂的p型导电性与C_2选择性和C_2收率的关系

以低价元素掺杂SrTiO_3形成的SrTi_(1-x)MxO_(3-δ)(M=Al~(3+),Mg~(2+),Li~+;x=0～0.2)基本保持了SrTiO_3晶格结构。随着掺杂元素价态的降低和掺杂量的增加,p型电导升高,甲烷氧化偶联反应的C_2选择性和C_2收率也增加。在以不同价态元素掺杂的SrTiO_3体系中,发现C_2选择性和C_2收率与催化剂P型电导间有线性关系。认为掺杂SrTiO_3催化剂中的正导电空穴易与晶格氧发生电子交换生成部分还原态的活泼氧物种O~-,它可以使CH_4分子活化生成CH_3,进一步偶联生成C_2产物。掺杂SrTiO_3催化剂在甲烷氧化偶联反应初始阶段可吸收反应中产生的CO_2,使结构发生少许变化,稳定的SrTiO_3结构有利于甲烷氧化偶联活性的稳定。     

甲烷在W-Mn体系催化剂上氧化偶联制乙烯

本文报导了w-Mn体系催化剂的甲烷氧化偶联反应性能,详细考察了反应条件对1.9wt％Mn—5wt％Na_2WO_4/SiO_2(W—34)催化剂反应性能的影响,并用XRD、BET、EPR、UV-DRS等方法对该催化剂进行了表征。结果表明,该催化剂具有较好的甲烷氧化偶联反应性能,在T=800C,甲烷空速=36,000ml·g~(-1)·h~(-1),CH_4:O_2:N_2=3:1:2.6的最佳实验条件下,其甲烷转化率为36.8％,C_2烃收率达到23.9％;研究还表明,C_2H_6,CO_2是CH_1氧化的一次产物,C_2H_4主要由C_2H_6脱氢而来,而CO则可能主要来源于C_2烃的表面深度氧化,催化剂的结构研究表明,在该催化剂中,w是以Na_2WO_4形式存在,Mn则以Mn_2O_3形式存在,而SiO_2已由无定型结构转变成u-方石英;W、Mn、Si之间没有形成新的化合物。     

碳氟醇与阴离子表面活性剂的相互作用

测定了不同比例的C_(10)_H_(21)SO_4Na-C_3F_7CH_2OH、C_7F_(15)COONa-C_3H_7CH_2OH混合水溶液的表面张力,加入C_3F_7CH_2OH可增加阴离子表面活性剂的表面活性;在表面层中,C_3F_7CH_2OH与C_(10)H_(21)SO_4Na间分子相互作用比C_3F_7CH_2OH-C_7F_(15)COONa体系弱;这是由于CF链与CH链间“互疏”作用的结果;随着C_3F_7CH_2OH浓度增加,对C_(10)H_(21)SO_4Na胶团反离子结合度也随之增加。     

有机磷化合物的质谱研究(Ⅶ)——二氮二磷杂环戊烷衍生物的化学电离质谱

本文报道了七种4.5-二氧代-2-硫代-1,3,2,4-二氮二磷杂环戊烷衍生物的化学电离质谱(CIMS,甲烷为反应气),结果表明:CIMS中准分子离子MH~+为基峰离子;MH~+离子易发生失去H_2S,CO,C_3H_6等小分子的裂解,(M+C_2H_5)~+离子存在再断裂。     

甲烷在MnOx／SiO2催化剂上氧化偶联反应的研究

本文研究了催化剂MnOx/SiO_2在改进为连续进料反应条件下的催化活性及其催化反应机理.实验结果表明;锰负载量升至10(Wt)%时,甲烷转化率和C_2选择性均最高;进一步增大锰负载量时,催化剂中Mn_3O_4晶相形成,此时催化活性开始下降,说明催化剂中形成的硅酸锰盐与甲烷氧化偶联反应直接关联.反应初期,催化反应活性较高,但C_2选择性较低,反应几小时后,活性有所下降,但C_2选择性提高,最后.活性和选择性趋近稳定.进一步研究表明:催化剂中Mn~(2+)配位环境从反应前的八面体中介场转变为四面体强场,而且催化剂中Mn~(2+)浓度增大约100倍,说明Mn~(2+)浓度提高有利C_2选择性提高.反应稳定后的催化剂表面观察到Carbide(282.9 eV)和CHx(a)(X=0-3)(284.5 eV)碳物种存在,说明甲烷在催化剂表面吸附并分解:CH_4(g)→CH_3(a)→一CH_2(a)→→→Carbide,并讨论了甲烷通过CHx(a)在催化剂表面上迁移,直接偶联生成乙烯(X=2)和乙烷(X=3)的可能性.     

包含ptC的Au(I)配合物催化烯丙基醋酸盐重排反应的理论研究（英文）

理论上,采用密度泛函理论研究两类包含平面四配位碳的Au(I)配合物([Au(C_3H_2BR)]~+,R=Me,t-Bu)催化烯丙基醋酸盐的重排反应。计算结果表明,配合物[Au(C_3H_2BR)]~+催化烯丙基醋酸盐重排反应相比较文献中报道的催化剂[Au(NHC)]~+而言,能垒降低了9.2-11.7 k J?mol~(-1)。因此,除了配体CO和NHC之外,配合物[Au(C_3H_2BR)]~+中的新型配体将会在配位化学以及有机化学中具有应用潜力。     

碳鏈高聚物的結構

鏈形高聚物可分為兩大類:均鏈和雜鏈。前者以碳鏈高聚物为最重要,可分為三種:(1)飽和碳鏈高聚物,例如聚乙烯(—CH_2—CH_2—)_n,聚苯乙烯(—CH(C_6H_5)—CH_2—)_n,聚乙烯醇(—CH(OH)—CH_2—)_n;(2)不飽和碳鏈高聚物,例如聚甲基丁二烯(—CH_2—C(CH_3)=CH—CH_2—)_n,聚氯丁二烯(—CH_2—CCI=CH—CH_2—)_n;(3)芳鏈高聚物,例如聚甲基苯(—CH_2—C_6H_4—)_n。碳鏈     

碳管炉中甲烷热解参数对沉碳过程的影响

在1310—2020℃范围内,研究了温度、接触时间、沉碳面积与反应空间体积之比对碳管炉中甲烷热解沉碳过程的影响,并从沉碳速度随温度的变化关系出发,讨论和提出了从沉碳速度直接计算反应控制步骤活化能的方法。如果实验设计满足恒温流动体系稳态沉碳条件时,沉碳速度与甲烷气相分解速度成正比,比例系数足一个与设备几何条件有关的常数。由此推论,1nv_s与1/T(v_s为沉碳速度,T为热解沉碳绝对温度)在甲烷低分解率条件下,应近似呈线性关系。从直线的斜率和截距,可以分别计算出甲烷气相热解控制步骤的活化能E=112kcal/mol,频率因子A=10~(14·4)s~(-1)。这与甲烷气相分解初始步骤CH_4→CH_3 H或CH_4→CH_2 H_2的相应数据很接近,由此证实上述推算方法是成功的。     

金属碳、卡宾阳离子[M—X]~+(M=Au,Ag,Cu;X=C,CH2)与甲烷反应机制研究

在CCSD(T)-REL//B2GP-PLYP水平下构建[Au(CH_2)]~+与甲烷反应的可靠反应势能面,分析了C—H键活化过程中的几何结构变化情况;对反应IRC路径上关键点进行自然键轨道(NBO)电荷和分子轨道分析,从理论上推定该氢转移过程属于氢负离子(H~-)转移.对[M—X]+(M=Au,Ag,Cu;X=C,CH_2)与甲烷反应进行对比,分析了甲烷作为氢供体反应过程的内在影响因素.M—X键能和反应活性中心C上直接参与反应的低能轨道对反应活性均起重要作用,两者协同调控微观反应机制.     

聚乙二醇及其单醚类在咪唑N-烷基化反应中的相转移催化效应

本文报道聚乙二醇(PEG)及其单醚类化合物在咪唑N-烷基化反应中的催化效应,它是以组成聚乙二醇的(CH_2CH_2O)单元中的氧同Im~-Na~+形成离子对参与反应的.催化剂活性与分子量关系不大,主要取决于分子链中有效的(CH_2CH_2O)单元个数,并以不少于5的单元个数组成配合基元通过界面传递阴离子.在一定的催化剂浓度下,遵循假一级反应动力学关系.由此求得的不同碳链(C_4～C_(16))烷基溴和咪唑发生N-烷基化反应的速度常数,显示碳链的空间结构对反应有明显的影响.咪唑和正-丁基溴发生N-正丁基化反应的活化能为12.4±0.5kcal/mol,还求取了该反应的活化参数△S、△H、△G,并与使用季铵盐和冠醚类化合物作相转移催化剂(PTC)的反应结果进行了对比.     

气相中二氯苯的双电荷离子[C_6H_4Cl_2]~(2+)和[C_6H_3Cl]~(2+)的动能谱研究

本文利用质量分析离子动能谱(MIKES)和碰撞诱导解离(CID)技术,研究了邻、间、对二氯苯分子在电子轰击质谱(EIMS)中产生的[C_6H_4Cl_2]~(2+)和[C_6H_3Cl]~(2+)双电荷离子的单分子电荷分离(CS)反应.根据测定的CS反应的动能释放值T和由此估算的反应过渡态的电荷间距的最小值R,推测过渡态的结构.有趣的是,可以利用双电荷离子[C_6H_4Cl_2]~(2+)的分解反应区分二氯苯的位置异构体.     

差动脉冲色谱法对变换-甲烷化反应的研究

在400℃、常压下,用普通的微型脉冲反应系统研究反应CO+H_2、CO+H_2O、CO+H_2O+H_2在自制Ni基催化剂KM-01上的反应规律。严格控制不同原料气的进样时间差△t,所得产物CH_4的产率不同。着重分析了用上述方法对反应CO+H_2O+H_2进行测定所得到的CH_4(产率)—△t图形。分析和推测有四种对H_2O和H_2具有不同反应活性的表面碳。其中一种对H_2O和H_2均有较高活性,但其寿命很短,在400℃时寿命约为60s,350℃时约为270s。经测定,各种原料气同时通过催化剂床层时CH_4产率最高,这一点是对流动反应体系的最好模拟,故可认为活泼表面碳在流动体系中起重要作用。在同时进样的条件下,改变H_2或H_2O的进样量,则CH_4产率发生变化,证明H_2对生成CH_4起主要作用;并可推测,在流动体系中,上述反应除通过表面碳机理可生成CH_4外,同时存在其他反应途径。用差动脉冲色谱法可提供反应机理及其变化规律的重要信息,特别是对研究反应的暂态过程、指导生产实践有一定意义。欲使此方法能适用某些于具体反应,也须满足一定条件。     

C_2h_3自由基与O_2反应机理的量子化学研究

用量子化学从头计算中UMP2(full)方法优化了C_2H_3自由基与O_2反应通道上 驻点（反应物、中间体、过渡态和产物）的几何构型，在Gaussian-3(G3)水平上计 算了它们的能量。在此基础上计算了该反应通道上各基元反应的反应活化能。通过 我们的研究发现，C_2H_3自由基与氧气反应存在着三元环、四元环和五元环反应机 理，且分别生成不同的产物，从反应活化能的计算结果扯CH_2O和CHO是反应的主要 产物，其次还可能生成CH_3 + CO_2, CH_2CO_2 + H, C_2H_2 + O_2H和COHCOH + H等产物，且它们生成几率逐渐减少，我们对生成产物CH_2O + CHO, CH_3 + CO_2, C_2H_2 + O_2H和COHCOH + H四条反应通道化学反应热的计算结果与实验吻 合较好。     

甲烷在BaPrO3上的氧化偶联

以碱土金属Ba、Sr代替碱金属与氧化能力较强的Pr、Ce相匹配,可以得到稳定性、活性都更好的催化剂。对于Ba-Pr二元体系,组成为BaPrO_3者C_2的收率及选择性可达极大值,在1083 K及CH_4:O_2=5:1条件下,经100 h反应考察,始终保持恒定的反应性能:甲烷转化率为20％,C_2选择性可达57％。催化剂的反应性能与催化剂组成的关系表明,碱性与氧化能力之间有协同作用。XRD结果表明,Ba和Sr离子分别进入了PrO(1.8)和CeO_2的晶格,抑制其燃烧性能。动力学研究结果支持了这种推测:甲烷氧化偶联反应的控制步骤是甲烷分子在PrO_(1.8)相上的C-H键断裂。     

一碳化合物化学的介绍

一碳化合物的化学(以下写作C_1),是以分子中含一个碳原子的化合物(如CH_4、HCHO、CH_3OH、CO及CO_2等)作原料,用有机合成及催化的方法来制备化工产品的化学。本文主要介绍甲烷,合成气和二氧化碳三个方面的有关情况. 一、甲烷以甲烷为原料制造合成气,乙炔、氢氰酸、甲醛、甲醇、卤代烷、二硫化碳、硝基甲烷及炭黑等,国内外已有大厂,但由于甲烷十分稳定,所以至今尚未很好地利用。为了活化甲烷,有下述几个方面的研究: 1.均相络合催化活化Шилов等~([1,2])认为可以利用均相络合催化使甲烷活化,例如用金属络合物同烷烃(包括CH_4)反应时,可以生成烷基氢化物而后者得到活化:     

原位FT-IR研究甲烷和氧与SrO-La_2O_3/CaO催化剂表面的相互作用和反应(英文)

用原位FT－IR研究了甲烷和氧与纯CaO,La_2O_3和SrO氧化物以及LC和SLC催化剂的相互作用和反应．当不存在气相氧时,引入的甲烷与表面晶格氧反应生成碳酸盐物种。在室温或高温下,在这些氧化物和催化剂上不能检测到CH_4或O_2的吸附物类。但是,当CH_4和O_2同时存在时,在La_2O_3和LC催化剂上能检测到1118cm~－1的新谱带、这一谱带可能来自于表面碳酸盐在高温下氧气氛中的分解,并可归属为物种。甲烷与这一活性氧物种反应生成C_2H_4。但对SLC催化剂,在高温下不能检测到物种,而甲烷和氧在高温下反应也能产生表面碳酸盐并在气相中形成乙烯,这就表明,气相氧对这些催化剂也起着关键作用,但是在LC和SLC催化剂上甲烷氧化偶联反应可能有本质上的差别。