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化工研发
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f-t合成废水的利用问题? 可能是我说的不够明白哦! 说实在的,这些含氧有机物组分非常复杂,仅仅回收这些混合物也没什么经济效益, 如果再去分离,固定投资和能耗也太高! 我的意思当然不是把大量的水返回反应体系,而是把富集复杂含氧 ... 看到uway朋友写的这个,因为前段时间正好写过关于费-托合成反应机理方面的一个项目申请报告,跟这个有关,就提供给大家了解一下吧。 关于费-托合成的反应机理一直以来有很大的争论, 通过设想在费 - 托合成反应中形成含有 c 、 h 、 o 不同中间体的途径,提出了各种各样的反应机理: 表面碳化物机理、表面烯醇中间体缩聚机理、羰基( co )插入机理和现代碳化物机理 ( 碳烯插入机理 ) 等。以上这些机理大致可分为 co 缔合式加氢与解离式加氢两类机理。 缔合式机理假定合成气转化从分子态化学吸附的 co 加氢开始,第一个反应中间物是化学吸附的甲酰基( hco- ),接着经氢解 生成氧化亚甲基物种,后者则进一步加氢和脱水生成碳烯和甲基,经过 co 在金属 - 氢键,金属 - 烷基键中反复的插入和加氢形成 c-c 键完成链的增长 , 这样的反应途径在能量上更为有利 。在该机理中,第一个 h 转移到 -co 生成 hco- 可能是关键步骤。 该机理在上世纪七十年代以前占主导地位, 但最大缺陷是 hcoh 这一中间体以及按照这个机理生成的一些含氧化合物中间体的存在在当时缺乏直接的实验检测证据,而只是间接的推测。 1978 年以前,以金属有机化合物均相催化反应机理为依据的 co 非离解吸附和插入的理论,在探讨费 - 托合成反应机理时占有统治地位。但自从由表面分析手段测得对费 - 托合成具有高催化活性的 fe 、 co 、 ni 、 ru 等都具有使 co 离解的能力,而活性不高的 pd 、 pt 、 rh 等又难于使 co 离解的信息后,碳化物理论又重新活跃了起来 ,逐渐形成了现在已得到普遍接受的现代碳化物机理 —— 碳烯插入机理( 解离式加氢) , 解离式机理认为化学吸附的 co 首先解离为表面碳和表面氧,该步骤为反应的决速步骤,表面氧因催化剂、合成气组成、反应条件的不同生成h2 o 和 co2 ,而表面碳则加氢依次生成碳的各种氢化物 ( 亚甲基)。链的增长则通过亚甲基和表面的碳烯反应开始,而后再通过碳烯的插入来完成 ,含氧化合物的生成是由 co 插入来完成的。这个机理的一个最大的问题是烃类化合物和含氧化合物的生成机理和途径(烃类需要co离解,含氧化合物需要co插入)不一样,这对于同一催化剂来说,有些牵强。 为了确定解离式或缔合式两种机理之中,哪一种机理代表催化剂上 co 加氢的主要途径,检验吸附态的 co 解离和氢解这两个较慢步骤之中哪一个相对的较快显得十分必要,已有一些实验事实支持在金属上吸附态的 co 氢解比解离速率快,并由此支持缔合式反应机理是反应的主要途径的论点。 例如,已知在铁催化剂上合成氨反应呈现反同位素效应 ,如果按照解离式机理,反应的速率控制步骤并不显示有氢(氘)参与,因此, 该反应的氘反同位素 效应就不能按动力学性质的同位素效应来看待,而只能按照热力学性质的同位素效应去寻求解释,但是这种解释缺乏有力的实验依据,厦门大学蔡启瑞等人则认为这种反同位素效应很可能属于动力学性质的同位素效应,与之前观察到的 ni 催化剂上乙烯催化加氢反同位素效应性质相同,这意味着合成氨反应的速率控制步骤与氢的吸附物种有关,这与已知的反应分子n2 化学计量数为 1 而不是 2 联系起来,就可以推断,在铁催化剂上合成氨反应的主要的反应途径很可能并不遵循解离式机理,而是包括分子态化学吸附n2 的加氢氢解为速率决定步骤的缔合式反应途径。 一氧化碳和分子氮是同电子数并同具三重键的同核的与异核的双原子分子,两者的电子结构和配位化学方面存在相似之处但也有区别 , 在金属催化剂上n2 加氢与 co 加氢的机理方面,同样存在既相似也有别的情形,虽然 co 加氢的反应历程及产物种类较n2 加氢更为复杂,但他们的催化转化途径,尤其是这两种三键分子的活化和第一步加氢以及金属氧化物助剂的作用规律方面,却可能存在着一些相似的机理问题。 已经发现,在 ni 和 ru 催化剂上的甲烷化和费托合成反应也表现出氘反同位素效应,kd/kh 分别近似等于 1.3 和 1.8 ,与 ni 催化剂上乙烯低温加氢和铁催化剂上合成氨得到反同位素效应具有大约相同的量值 ,根据缔合式机理,它们都可解释为主要是动力学性质的。倘若这些氘反同位素效应是热力学性质的,它们的量值不可能如此接近。 在我们自己先前的实验中也发现,当合成气从h2 /co 切换为d2 /co 后,钴基和铁基催化剂上的 co 转化率均明显提高,而当采用h2 /d2/co 混合气(h2 /d2=1 )进行费 - 托合成反应时,钴基催化剂和铁基催化剂的含氘产物都明显多于含氢产物,即出现了反同位素效应,这说明氢气在费 - 托合成催化剂活性位上的吸附和离解过程也影响了 co 的吸附 - 离解过程,氢气参与了费 - 托合成反应决速步骤,从而影响了费 - 托合成反应速率。 传统认为 从解离式机理出发,费 - 托合成反应的决速步骤是 co 在催化剂活性位上的吸附 - 离解过程,而氢气在活性位上的吸附和离解只参与烃类产物生成、碳链增长等非决速步骤,这难以对氘反同位素效应从动力学因素上作出合理解释,但若从缔合式机理出发,以 co 部分加氢作为速率决定步骤,对该现象的解释就不会遇到困难。 mori 等人根据 ni 催化剂上 co 加氢甲烷化反应具有氘反同位素效应的事实,从缔合式机理出发,提出了 co 加氢反应经过 m-cohn/m-cohn 中间过渡态的反应机理,对该机理进行理论计算得到的 值与实测值接近,说明了此过渡态理论的正确性。 蔡启瑞 等在一系列 rh 催化剂用 co/2d2 进行合成气转化反应,用过量的 ch3i 作为捕获剂进行化学捕获反应,收集到一种表面反应中间体的捕获产物 ch3cdo ,由此推断该中间体是 dco- ,表明 rh 催化剂上的合成气反应过程中存在甲酰基中间态。在h2 -tpsr 原位红外表征中也观察到 1598cm-1 处的特征 ir 吸收带 v(c=o)在对应的d2 -tpsr 实验中红移 13cm-1 ,这进一步表明该峰源于表面甲酰基 hco- 的v(c=o) 。而我们 在 co 催化剂上进行的 co 加氢的原位漫反射红外光谱( drifts )表征中也同样观察到 co-coh 物种。 以上实验结果说明在 金属 催化剂上 co 加氢反应中, co 氢助解离,经由表面甲酰基 hco- 等含氧碳氢化合物中间态很可能是生成 chx 物种的主要反应途径。 事实上,在洁净的金属 fe 、 co 或 ni 上,高真空条件下, co 的解离速率较快,但这并不能作为解离式机理的论据,因为在高压,高表面覆盖度,尤其是大量化学吸附氢的存在条件下, co 的解离可能会变得相当困难。在大多数情况下兼含缔合式机理和解离式机理的平行反应途径必须考虑,关键在于分清主次,而非一种机理排斥另一种机理。为进一步弄清哪一种机理代表实际上占优势的反应途径,更严格的实验结果,尤其是原位 / 反应现场或瞬态地表征数据是非常必要的。 所以,根据上面所述,将反应产生的含氧化合物返回反应器再参加反应,很有可能会起到uway朋友所讲的效果,但是必须要做相关的实验来验证,还要考虑这些含氧化合物对催化剂的影响,最重要的是,从水中将这些含氧化合物分离出来再返回反应器对现有工艺的改变会比较大,如何返回反应器(不能在反应器内带入大量的水,而这些含氧化合物只能溶解在有机溶剂中,而这些有机溶剂是否会对催化剂造成影响),以及带来的成本提高等问题需要认真考虑。 查看更多
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简介
职业:山东鸿基换热技术有限公司 - 化工研发
学校:郑州大学 - 化工学院
地区:黑龙江省
个人简介:最成功的说谎者是那些使最少量的谎言发挥最大的作用的人。查看更多
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