化工专业课程多层次过程强化实践教学改革探讨

实施化工专业课程实践教学改革,对于提高教学质量、培养学生综合能力具有重要作用。文章以化学反应工程课程为例,介绍了该课程的教学改革实践,即通过将理论和实验教学、设计实践、创新活动与虚拟仿真、软件模拟、智能化工有机结合,实现理论与实践的融合,以期帮助学生树立大工程观,提高学生解决复杂工程问题的能力,从而培养创新人才。     

Zr/HZSM-5催化苯与合成气烷基化反应及工艺条件的研究

使用不同硅铝比的HZSM-5分子筛制备了系列的双功能复合催化剂Zr/HZSM-5,采用X射线衍射(XRD)、氨气程序升温脱附(NH3-TPD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)和N2物理吸附等技术对催化剂进行了表征,并在固定床反应器中考察了HZSM-5分子筛硅铝比和反应条件对催化剂在苯与合成气烷基化制芳烃反应中的催化性能的影响。结果表明:随着硅铝比的增加,分子筛总酸量和强酸量均减少,反应过程中苯的转化率和对二甲苯的选择性均呈现先升高后降低的趋势,当硅铝比为200时,催化效果最好;随着反应温度的升高,苯的转化率先升高后降低,CO的转化率先下降后上升,对二甲苯的选择性保持下降的趋势;反应温度控制在350～400℃之间最为合适;随着苯的空速增加,苯的转化率、对二甲苯的选择性均先上升后下降,CO的转化率略微上升,苯的质量空速控制在1h-1时催化效果最佳。     

载体和助剂对镍基苯加氢催化剂活性的影响

采用等体积浸渍法制备苯加氢为环己烷的负载镍基催化剂,用XRD、TPR和BET进行表征,并在积分固定床反应器中,考察了不同反应温度下γ-Al2O3和TiO2两种载体和La、Ce、Mo、Cu四种不同助剂对镍基催化剂活性的影响。实验结果表明:Ni/γ-Al2O3的催化活性高于Ni/TiO2,La、Ce、Mo、Cu助剂均可提高Ni/γ-Al2O3催化剂的活性,其中添加La的催化剂活性和选择性均表现最佳,在2.0MPa、200℃、催化剂装量16.5g、氢气流量0.03L/min和精苯流量30mL/h条件下,Ni-La/γ-Al2O3催化剂(w(Ni)=10%,w(La)=1%)的苯转化率和环己烷选择性分别达到99.4%和94.2%。表征结果表明La助剂改进了NiO在载体表面的分散性,同时增强了NiO与载体之间的相互作用。     

ZnZr/HZSM-5双功能催化剂在合成气与苯烷基化反应中的催化性能

将系列锌锆金属氧化物与HZSM-5分子筛耦合制备成双功能复合催化剂,并将其应用于合成气与苯烷基化反应。研究结果表明,ZnO是合成甲醇的主要活性组分,ZrO₂的加入能够促进ZnO分散,同时其表面具有的氧空位可促进CO的活化,二者结合方式显著影响反应活性。SEM、XPS、CO-TPD等表征结果表明,ZnO与ZrO₂相结合不仅能够提高ZnO的分散度,而且能调控氧化物表面的氧空位浓度,当二者形成固溶体时,锌在氧化锆中的分散度最大,表面氧空位浓度最高,CO吸附量最大,催化活性最高。锌锆结合方式一定时,锌含量是影响催化活性的另一重要因素,n(Zr)/n(Zn)=2的锌锆固溶体与HZSM-5以质量比1∶2耦合表现出最高的催化活性,CO和苯的转化率为34.65%和35.82%时,甲苯和二甲苯的总选择性高达85.24%。     

醋酸催化加氢制乙醇Pt促进的Co基催化剂研究

采用等体积浸渍法制备了以硅胶为载体,Pt为促进剂的钴基催化剂,对其进行了XRD和BET表征,并在积分反应器内考察了活性金属Co和助剂Pt负载量、焙烧温度对催化剂催化醋酸加氢为乙醇性能的影响,并进行了加氢催化工艺条件的优化。结果表明:以550℃焙烧的硅胶为载体,w(Co)为25%~30%,w(Pt)为0.5%的催化剂对醋酸催化加氢反应具有较高的反应活性,在优化的反应条件(300℃,5.0MPa,醋酸液体空速0.4h-1,氢气/醋酸的物质的量比25)下,醋酸转化率可达98%以上,乙醇选择性接近60%。     

CuO/ZnO/Al2O3和ZSM-5双功能复合催化剂在苯与合成气烷基化制甲苯中的研究

制备了由共沉淀法制备的CuO/ZnO/Al2O3催化剂与ZSM-5混合形成的用于合成气与苯在液相中直接合成甲苯的烷基化反应的双功能复合催化剂,并采用H2-TPR、XRD对催化剂进行了表征。在浆态床反应器中考察反应温度、反应压力、催化剂投加量、ZSM-5硅铝比、ZSM-5与CuO/ZnO/Al2O3的比例对催化剂性能的影响。结果表明:当反应温度为250℃、反应压力为1MPa、苯和催化剂投加量分别20mL和2g、ZSM-5硅铝比为130、ZSM-5与CuO/ZnO/Al2O3的催化剂质量比为1:1时,可达到最佳的反应效果,在8h的反应中,CO的转化率为85.79%,甲苯的选择性为44.91%,甲苯的产量为1.77g。     

三维有序大孔LaNiO_3钙钛矿催化剂制备及其甲烷部分氧化制合成气催化性能

以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)胶体晶体为模板合成三维立体有序大孔LaNiO_3钙钛矿催化剂,采用XRD、TPR、BET、TG进行表征,并在固定床反应器中评价其催化甲烷部分氧化制合成气的反应性能。结果表明:在常压、空速21.6L/(g·h)下,三维立体有序大孔LaNiO_3钙钛矿催化剂的催化活性高于柠檬酸法制备的催化剂,在800℃转化率达到87%,且该催化剂表现出优异的抗积炭性能。     

过氧化氢存在下甲烷低温转化的研究进展

围绕H₂O₂的引入方式（直接使用和原位合成）对甲烷低温转化活性的影响，对H₂O₂存在下甲烷低温转化的反应机理和催化剂优化、设计进行了综述，并对甲烷低温转化的未来发展进行了展望。     

不同孔径Ni-MCM-41催化剂及用于甲烷部分氧化反应的研究

通过添加1,3,5-三甲苯(TMB)溶胀剂制备不同孔径的Ni-MCM-41催化剂,采用XRD、N_2吸附-脱附、H_2-TPR、FTIR、TGA对制备的催化剂进行表征,并考察孔径大小对甲烷部分氧化制合成气催化性能的影响。结果表明,在四种不同孔径中,TMB/CTAB=3时,更有助于提高催化剂的抗积碳能力。在温度750℃,空速18 L/(g·h)的条件下,3TA的催化剂在反应中的催化效果最佳,CH_4转化率达90%,CO选择性达89%。     

In掺杂CeO2催化CO2和甲醇一步合成DMC反应的研究

利用二氧化碳(CO₂)和甲醇(CH₃OH)直接合成碳酸二甲酯(DMC)不仅可以得到高附加值的化学品，还可以缓解温室效应。受热力学限制，该反应平衡转化率低。引入2-氰基吡啶作为脱水剂除水，可使反应更大程度地向DMC方向进行。采用共沉淀法制备了In掺杂CeO₂催化剂(In_xCeO₂,x为In与Ce的物质的量之比)，考察了In掺杂量对催化CO₂和甲醇合成DMC反应活性的影响。催化活性评价结果表明，采用共沉淀法制备的In_0.01CeO₂催化剂的时空产率为88.81 mmol/(g·h)(1 g催化剂在1 h内催化生成的DMC的物质的量，下同)，高于CeO₂催化剂的时空产率49.83 mmol/(g·h)。采用XRD、BET和XPS等表征方法分析了催化剂的晶相结构、比表面积和表面组成。表征分析证实In掺杂进入CeO₂晶格使催化表面氧空位相对含量明显提高，导致氧空位数量增加，这有利...