離子液體直接催化氧化甲烷的研究.pdf

1、甲烷作為成本低、儲(chǔ)量豐富、開(kāi)發(fā)潛力巨大的天然原料，在能源中的比重日益加大。甲醇是一種清潔的能源，又是重要的基礎(chǔ)化工原料，貯存和運(yùn)輸都比較方便。采用甲烷直接轉(zhuǎn)化成甲醇則是最理想的方式，但甲烷分子結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)定，C-H鍵鍵能很高，活化甲烷需要較高的溫度，在高溫下甲醇又極易深度氧化。為了提高甲烷直接氧化制甲醇的選擇性和產(chǎn)率，各國(guó)學(xué)者積極研究新技術(shù)，發(fā)展了多種方法合成甲醇。迄今為止，仍未找到甲烷直接轉(zhuǎn)化制甲醇能工業(yè)化生產(chǎn)的最佳工藝。因此，開(kāi)發(fā)新型

2、的甲烷直接催化氧化制甲醇工藝勢(shì)在必行。 滿足綠色化學(xué)需要的離子液體(ILs)近年來(lái)備受科研工作者的關(guān)注。離子液體所具有的特殊性質(zhì)使其在化學(xué)科學(xué)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。離子液體在甲烷催化氧化反應(yīng)中的應(yīng)用始于2006年Jihong Cheng等對(duì)離子液體溶解鉑鹽作為催化劑使甲烷直接轉(zhuǎn)化為甲醇的報(bào)道。有關(guān)離子液體作為催化劑直接催化氧化甲烷制甲醇的研究還沒(méi)有人報(bào)道。 離子液體室溫(<100℃)下為液態(tài)，溶解能力強(qiáng)，可以使反應(yīng)分子間的

3、作用加強(qiáng)，加之離子液體結(jié)構(gòu)可以設(shè)計(jì)，通過(guò)設(shè)計(jì)具有很高的酸催化活性和選擇性的酸性離子液體作為反應(yīng)的催化劑，使反應(yīng)變得更容易。另外，甲烷催化氧化生成甲醇的反應(yīng)條件一般都很苛刻，對(duì)設(shè)備要求高，而且催化劑都是強(qiáng)酸，對(duì)設(shè)備腐蝕較大，酸性離子液體作為綠色介質(zhì)運(yùn)用到甲烷轉(zhuǎn)化的過(guò)程中將會(huì)改善這種狀況。 本論文首先詳細(xì)闡述離子液體的性質(zhì)和應(yīng)用，并且合成一系列酸性離子液體。其次，考察酸性離子液體在甲烷催化氧化過(guò)程中的穩(wěn)定性。接著分別考察溫度為180

4、℃和80℃條件下，以酸性離子液體為催化劑、以過(guò)硫酸鉀為氧化劑、三氟乙酸和三氟乙酸酐為介質(zhì)的甲烷催化氧化體系。利用GC、GC-MS、FTIR等儀器對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行分析。研究結(jié)果顯示：離子液體能夠在甲烷催化氧化的高溫高壓體系下穩(wěn)定存在；80℃的甲烷轉(zhuǎn)化體系比180℃體系好，酸性離子液體[Hmim]+HSO4-作催化劑效果比其它酸性離子液體好。在溫和條件下使甲烷轉(zhuǎn)化為三氟單甲酯，甲醇產(chǎn)率比HPA作催化劑的體系中甲醇產(chǎn)率高(平均產(chǎn)率為26.9％，