三氟碘甲烷的气相催化合成

【摘要】： 本文研究了三氟碘甲烷的新型气相合成工艺、新方法的催化反应机理以及新方法中的催化技术。 首先,通过热力学计算确定了以三氟甲烷、碘、氧气为原料,以碱金属盐、碱土金属盐为催化活性组分,以活性碳、多孔金属氟化物为载体,气相法合成三氟碘甲烷的新工艺。采用单因素实验得出最佳工艺参数:反应温度为550℃,空速范围为100h~(-1)～300h~(-1),投料比(CHF_3:I_2:O_2)为12:4:1。 其次,通过R23和R22的加氢试验对比和理论分析,研究了该工艺的反应机理和催化机理。推测可能的反应机理是三氟甲烷脱HF形成二氟卡宾中间体,后者发生歧化反应形成三氟甲基自由基,进而与碘生成三氟碘甲烷。可能的催化机理是活性组分减弱了三氟甲烷中C—H和C—F键的结合强度;催化活性与阴阳离子的电负性有关;反应前的诱导过程可能是二氟卡宾中间体的生成和在催化剂表面上的累积过程。 最后,采用BET、XRD、Tg-DSC、EDS、XPS等测试手段对催化剂进行了表征,并通过单因素实验得出催化规律:碱金属盐更适合作为活性组分;对于具有相同阴离子的碱金属盐,其催化活性顺序为:铷盐＞铯盐＞钾盐;对于具有相同阳离子的碱金属盐,其催化活性顺序为:硝酸盐＞卤化物,卤化物中氟化物＞氯化物＞溴化物;活性组分的适宜负载量为20%;碳基载体比表面积较大,但会与氧气反应,且活性组分易流失,多孔金属氟化物载体则相反。 【关键词】：三氟碘甲烷 合成 二氟卡宾 碱金属盐 催化
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TQ222
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 引言8-16
• 1.1 三氟碘甲烷的研究意义8-12
• 1.1.1 三氟碘甲烷在灭火剂领域的研究意义8-10
• 1.1.2 三氟碘甲烷在制冷剂领域的研究意义10-11
• 1.1.3 三氟碘甲烷在其它领域的研究意义11-12
• 1.2 三氟碘甲烷国内外研究现状12-14
• 1.2.1 三氟碘甲烷的传统制备方法12-13
• 1.2.2 三氟碘甲烷的新型制备方法13-14
• 1.3 本文的选题背景与拟开展的研究内容14-16
• 1.3.1 本文选题背景14-15
• 1.3.2 拟开展的研究内容15-16
• 2 三氟碘甲烷的合成路线设计和可行性分析16-31
• 2.1 三氟碘甲烷传统合成方法16
• 2.2 三氟碘甲烷新型合成方法16-21
• 2.2.1 工艺路线的提出16-17
• 2.2.2 新工艺路线的热力学研究17-21
• 2.3 本文的合成路线和工艺线的设计21-28
• 2.3.1 合成路线的确定21
• 2.3.2 工艺线的设计和建立21-22
• 2.3.3 原料准备与定量输送22-25
• 2.3.4 反应器及反应条件的控制25-26
• 2.3.5 催化剂的制备与在反应器的装填26
• 2.3.6 产物后处理26-27
• 2.3.7 反应过程监控27-28
• 2.3.8 过程安全与环保28
• 2.4 工艺可行性实验研究28-30
• 2.4.1 实验原料28-29
• 2.4.2 实验设备及仪器29
• 2.4.3 实验步骤29
• 2.4.4 实验结果29-30
• 2.5 本章小结30-31
• 3 三氟碘甲烷的新型合成工艺31-40
• 3.1 实验方案31
• 3.1.1 工艺条件范围31
• 3.1.2 催化剂种类31
• 3.2 实验原料和仪器31-32
• 3.2.1 实验原料31-32
• 3.2.2 实验设备及仪器32
• 3.3 合成步骤32
• 3.4 结果与讨论32-39
• 3.4.1 合成产物分析32-34
• 3.4.2 各工艺条件对反应转化率、选择性和得率的影响34-39
• 3.5 本章小结39-40
• 4 三氟碘甲烷合成中的催化反应机理40-49
• 4.1 固体酸碱催化剂的催化机理40-41
• 4.1.1 固体酸碱催化剂的定义40
• 4.1.2 三氟碘甲烷气相合成法反应机理的提出40-41
• 4.2 三氟碘甲烷气相合成的催化反应机理研究41-48
• 4.2.1 研究方法41
• 4.2.2 实验方案41-43
• 4.2.3 产物、数据分析及反应机理推测43-45
• 4.2.4 催化机理的研究45-48
• 4.3 本章小结48-49
• 5 三氟碘甲烷合成中的催化技术49-65
• 5.1 催化剂的制备方法49
• 5.2 催化剂的表征49-57
• 5.2.1 以活性碳为载体的催化剂的表征49-55
• 5.2.2 以多孔金属氟化物为载体的催化剂的表征55-57
• 5.3 催化活性组分57-59
• 5.4 催化载体59-63
• 5.4.1 碳基载体60-61
• 5.4.2 活性金属氟化物载体61-63
• 5.4.3 载体类型对反应三率的影响63
• 5.5 本章小结63-65
• 6 结论与展望65-67
• 6.1 主要结论65
• 6.2 下一步工作的展望65-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-71
• 附录71-87
• 附录A 标定数据表71-76
• 附录B 分析测试图76-87

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