环己烷温和氧化反应机理及多级鼓泡反应工艺的研究

金属有机化合物作前体物通过浸渍-超声化学法将非晶态纳米粒子负载于载体上，制备成负载型金属类纳米催化剂用于温和条件下环己烷空气氧化，如纳米氧化铁、氧化钴、以及复合氧化物。研究制备的可控参数、浸渍浓度、合成温度、粒径和结构特征对环己烷催化氧化反应的影响；以TEM、TG－DTA、XPS、BET 和XRD 表征纳米粉体的粒度、热稳定性、组成和比表面积；研究金属类催化剂对环己烷氧化反应的作用机制，提出温和条件下，以空气为氧源的环己烷催化氧化反应的可能机理，为此类催化剂的设计提供依据。此外，针对固体细颗粒催化剂催化的环己完液相氧化反应，研究多级气液鼓泡塔做氧化反应器的环己烷催化反应工艺，确定适宜的反应器型式、操作条件、以及气液反应的级数等因素，为环己烷下一步的工作奠定一定的实验与理论基础。

在温和条件下，饱和烃类以分子氧为氧化剂的选择性氧化历来都是合成化学和生物化学领域的研究热点，环己烷氧化制备环己酮和环己醇就属于典型的饱和烃类的选择性氧化。本项目金属有机化合物作前体物通过浸渍-超声化学法将非晶态纳米粒子负载于载体上，制备成负载型金属类纳米催化剂用于温和条件下环己烷空气氧化。（1）研究制备出温和反应条件的纳米氧化铁催化剂。在环己烷氧化反应体系中，考察了反应时间、温度、催化剂用量、引发剂用量、空气量因素对催化氧化反应的影响。纳米氧化铁催化剂在空气氧化环己烷合成环己酮（醇）过程，表现出较高的活性、选择性、以及反应条件温和等优势；（2）采用用浸渍-沉淀法制备出新型负载型碳纳米管负载氧化钴催化剂，将制备的催化剂用于环己烷的氧化反应，考察了反应时间、温度、催化剂用量、引发剂用量、压力因素对催化氧化反应的影响。（3）研究多级鼓泡反应器实现环己烷温和氧化，它可强化了床层传热及保持等温，在一定的条件下低气速可提高反应器的出口转化率。从改进分布板的设计、多级气液反应和加入内构件以及改变操作条件等方面入手，重点研究了多级鼓泡塔流体力学和混合特性的实验研究与数学模拟，给出了多级反应器设计与利用的放大准则。同时，也考察了采用多级鼓泡反应的氧化工艺，比传统搅拌反应性能优异，转化率高、过程移热速率快、操作性能可靠等优点；（4）以γ-Al2O3为载体，以钒钾作为住活性组分，以碱金属、过渡金属、碱土金属和稀土金属作为助剂的复合型金属氧化物催化剂，表现出催化剂具有较高的活性，同时，催化剂具有较好的再生性能。采用TEM、TG－DTA、XPS、BET 和XRD 表征催化剂的粒度、热稳定性、组成和比表面积；研究金属类催化剂对环己烷氧化反应的作用机制，提出了以空气为氧源的环己烷催化氧化反应的可能机理。这些研究结果为环己烷下一步的工作奠定一定的实验与理论基础。.本项目在国内外核心期刊发表研究论文全文13篇（录用1篇），SCI收录3篇；EI收录5篇，ISTP收录3篇；参加国际学术会议5人次，申请发明专利4项。培养研究生3人，其中2人已经顺利毕业。项目组成员1人获得北京市人才项目的资助，1人获得北京市长城学者资助，获中国石油和化学工业协会科技进步三等项两项。