非平衡等离子体直接气相合成环氧丙烷

《非平衡等离子体直接气相合成环氧丙烷》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、非平衡等离子体直接气相合成环氧丙烷郭明星王祥生大连理工大学化工学院工业催化研究室摘要:研究了非平衡等离子体对分子氧和丙烯直接合成环氧丙烷（PO）的活化作用。丙烯、氧非平衡等离子体是在室温和大气压下、在筒（线）-筒式反应器中通过介质阻挡放电产生的。实验中主要考察了介质阻挡放电电压、不同放电电极及反应气总流速对丙烯转化率、PO选择性的影响。反应物及各产物通过在线色谱法进行分析。实验数据表明：在室温和大气压下，用介质阻挡放电法可转化丙烯和氧气直接生成PO。采用不锈钢电极（f3），在总反应气流速为160.8ml/min，介质阻挡放电电压为21Kv，介质阻挡放电频率为1.38KHz

2、，O2/C3H6=200:1的条件下，丙烯转化率及PO的选择性分别为81.59%和30.61%。关键词:介质阻挡放电；等离子体；分子氧；PO环氧丙烷（PO）是重要的石油化工基础原料，主要用于生产丙二醇、聚氨酯和聚醚多元醇等。氯醇法和共氧化法是目前工业生产环氧丙烷的主要方法,由于生产过程中分别伴有大量废物排放和大量联产品产生，所以这两种技术都有严重的不足之处。以分子氧为氧源和丙烯直接气相环氧化生成PO是一条理想的PO生产路线，长期以来一直受到国内外学者的关注[1-12]。迄今，在分子氧直接环氧化路线上主要有两方面工作：一是在Ag-MoO3，Cu-SiO2等金属催化剂上使O2

3、/或空气直接和丙烯反应生成PO[1-4]；另一个是在Au/TiO2，Au/Ti-MCM-41，Au/TS-1,Ag/TS-1等双功能催化剂上使O2通过与H2先生成H2O2再与丙烯环氧化[5-12]。近年来，冷等离子体技术在物质转化反应中的应用研究非常活跃[13-16]。冷等离子体技术对反应物分子的活化几乎不引起体系温度上升，反应物分子可以在室温或接近室温的条件下被活化,在十分温和的条件下完成化学反应。本工作利用介质阻挡放电方法，在室温常压下将丙烯和O2的混合气进行非平衡等离子体活化，首次进行了丙烯、氧非平衡等离子体直接气相合成环氧丙烷的可行性研究并取得了肯定的结果。迄今为

4、止，尚未发现国内外有相关报道。质量流量计混合器介质阻挡反应器GCO2质量流量计1实验部分图1实验装置流程图C3H6排空实验装置流程如图1所示。气体等离子体由交流高压电源通过具有双介质结构的反应器对反应物产生高压放电获得。交流高压电源的峰值和重复频率可调，反应器采用筒（线）-筒式电极结构，反应器壳体为硬质玻璃。反应在室温常压下进行，原料丙烯（工业聚合级）和氧气（普通钢瓶气）用D07-18/ZM型双通道质量流量计控制并按比例混合后进入反应器。用GC/MS(HP6890GC/5973MSD)对反应产物进行鉴定，并采用GC7890F（FID，30m×0.32mm×0.5mmPEG

5、20M毛细管柱）和GC7890T（TCD，2.0m×3mmGDX-502填充柱）对反应产物进行跟踪分析。采用碳平衡法计算丙烯转化率和PO及各产物的选择性。2结果与讨论2.1介质阻挡放电电压对丙烯环氧化性能的影响在介质阻挡放电频率为1.38KHz，O2/C3H6=200:1，总反应气流速为160.8ml/min条件下，考察介质阻挡放电电压对丙烯环氧化性能的影响（表1）。由表1可见，随着介质阻挡放电电压的增加，丙烯转化率逐渐增加，PO的选择性则先升高然后降低，CO2的选择性逐渐增加。在低电压段，随着介质阻挡放电电压的不断升高，等离子体区域中单位体积内所产生的高能电子数增加，高

6、能电子与氧气发生非弹性碰撞而产生的环氧化可利用的活性氧物种相对增多，因此丙烯的转化率和PO的选择性均增加。当放电电压达到18.5Kv以后，如果放电电压继续增大，则产生的电子能量过高，导致丙烯双键断裂，副反应增加，在过量氧气氛下丙烯及一些碳氢化合物（如PO）最终被深度氧化成CO2。可见，等离子体区中有效能量的调变是至关重要的。因此，必须选择适当的放电电压以有利于目的产物的生成。表1介质阻挡放电电压对分子氧环氧化丙烯性能的影响高压(KV)丙烯转化率(%)产物的选择性(%)乙醛PO丙醛丙酮丙烯醛甲醇乙醇CO215.80.6054.6327.7313.900.000.003.74

7、0.000.0017.23.9133.5033.6828.301.590.002.930.000.0018.518.9332.2434.7922.261.740.662.150.006.152057.7931.7030.4717.811.901.313.100.9512.762181.5926.4330.619.881.880.623.891.3125.3721.581.7221.0730.345.232.060.164.041.0936.0122.385.106.6723.750.881.870.005.511.3659.9