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异丁烯直接胺化合成叔丁胺反应的热力学研究

高尚耀 , 朱向学 , 李秀杰 , 王玉忠 , 张烨 , 谢素娟 , 安杰 , 陈福存 , 刘盛林 , 徐龙伢

催化学报 doi:10.1016/S1872-2067(16)62550-0

叔丁胺是一种重要的有机化工中间体,广泛应用于制备橡胶促进剂,医药,农药,着色剂等诸多下游产物.目前,叔丁胺主要的生产方法,如叔丁脲水解法,异丁烯-氢氰酸法(Ritter法),卤代烃胺化法等存在产品收率较低,涉及强酸/强碱的使用,对设备腐蚀和环境污染严重等问题.异丁烯直接胺化生产叔丁胺,原子利用率100%,是典型的绿色化学反应.20世纪末,BASF公司以β沸石为催化剂,率先实现了异丁烯胺化技术的工业应用.但是,其反应条件苛刻,压力达28 MPa,生产过程能耗大,对设备材质要求高.目前,关于异丁烯直接胺化的文献较少,且相关研究多在远离工业应用的常压条件下进行.同时,对于异丁烯直接胺化反应过程的热力学,特别是缓和反应条件下的热力学尚待进一步系统和深入地研究分析,以期指导低温低压条件下高性能胺化催化剂的研发和工艺条件优化.我们计算了473?573 K间,异丁烯胺化制备叔丁胺反应的ΔrH,ΔrG,Kp等热力学数据.在此基础上,分析了反应温度,压力和氨烯比(摩尔比)对异丁烯平衡转化率(叔丁胺选择性>99%,未予考虑)的影响.结果表明,异丁烯胺化是中等强度的放热反应,升高反应温度会急剧降低异丁烯的平衡转化率,如在5 MPa,氨烯比1的条件下,反应温度从473 K提高到573 K,异丁烯平衡转化率从40.6%降到6.9%.但从动力学角度而言,升温可提高胺化反应速率,因此在特定的反应条件下和催化剂上,必然存在最佳反应温度.提高反应压力和氨烯比有利于提高异丁烯的热力学平衡转化率.开发在低温和相对较低的压力下具有较高胺化活性的催化剂是提高该过程经济性和实用性的关键.在较缓和的反应条件下(523 K,5 MPa,氨烯比4及异丁烯空速0.5 h?1),考察了ZSM-5(R=50和R=412,R为硅铝比,下同),ZSM-11(R=48),MOR(R=10),SAPO-11(摩尔组成,1.6Al2O3:1.0SiO2:1.4P2O5)等不同拓扑结构分子筛以及氧化铝在异丁烯胺化反应中的性能.结果表明,空白试验中,无叔丁胺产物生成.在ZSM-11上的获得最高的异丁烯胺化转化率,为14.2%(达到平衡转化率的52.2%),在ZSM-5(R=50),ZSM-5(R=412)和MOR上,异丁烯转化率分别为13.9%,6.4%和2.9%,叔丁胺选择性均大于99.8%.而SAPO-11和氧化铝未呈现出胺化反应活性.关联氨气程序升温脱附,吡啶吸附红外表征结果及分子筛孔结构特点,表明分子筛胺化活性与其孔径及Br?nsted酸的酸量和酸强度密切相关.为了进一步验证实际反应体系中反应条件对异丁烯胺化反应过程的影响规律,我们在ZSM-11催化剂上,系统考察了反应温度,压力,氨烯比和异丁烯空速对催化剂胺化反应性能的影响及变化规律.结果表明,在其他条件不变的情况下,异丁烯转化率随着温度的升高呈现出先增大后减小的趋势.适当提高原料中氨烯比和反应压力,以及采用较低异丁烯空速有利于促进异丁烯的转化.上述规律与热力学计算结果呈现出较好的一致性.在ZSM-11催化剂上,异丁烯直接胺化反应的较佳反应条件为523 K,5 MPa,氨烯比4,异丁烯空速0.5 h?1.上述结果可为异丁烯直接胺化合成叔丁胺过程新型高效催化剂的研发和反应工艺条件优化提供参考和指导.

关键词: 热力学计算 , 异丁烯 , 胺化 , 叔丁胺 , ZSM-11分子筛

载体酸性对Mo/HZSM-5-Al2O3催化剂上烯烃歧化反应性能的影响

张大洲 , 李秀杰 , 刘盛林 , 朱向学 , 辛文杰 , 谢素娟 , 曾蓬 , 徐龙伢

催化学报 doi:10.3724/SP.J.1088.2011.10744

在固定床反应器上考察了Mo/HZSM-5-Al2O3催化剂上乙烯与2-丁烯歧化制丙烯反应的性能.结合X射线衍射、NH3程序升温脱附、吡啶吸附红外光谱、H2程序升温还原和程序升温氧化等表征结果发现,载体酸性的差异导致催化剂酸性和 Mo物种落位方式不同.载体酸性较强时,催化剂积炭严重,反应稳定性差;载体酸性较弱时,Mo物种在分子筛孔道内以(Mo2O5)2+团簇形式存在,而在Al2O3表面形成较多易还原的六配位Mo物种,催化活性低,并呈现出一定的诱导期；适中酸性的载体有利于Mo物种的分散和活化,表现出了最佳的歧化反应活性.

关键词: 乙烯 , 丁烯 , 歧化反应 , 丙烯 , 载体酸性 , HZSM-5分子筛 , 氧化铝

不同模板剂含量MCM-49分子筛的CTAB修饰及在苯甲醚酰基化反应中的应用

魏会娟 , 谢素娟 , 刘克峰 , 辛文杰 , 李秀杰 , 刘善和 , 谷顺明 , 刘盛林 , 徐龙伢

催化学报 doi:10.1016/S1872-2067(15)60887-7

芳香族化合物的Friedel-Crafts酰基化反应是制备芳香酮的一类重要反应,传统的Lewis酸(如AlCl3)和质子酸(如H2SO4)催化剂易制备,价格便宜,但存在对环境污染严重、与产物难分离等问题.因此,近年来研究者一直致力于环境友好催化剂的研发,其中分子筛因选择性好、与产物易分离、可再生和无污染等优点而日益受到人们的重视,尤其是MWW分子筛,由于具有较多的外表面酸性位,而在酰基化反应中表现出良好的抗积碳性能.本课题组曾讨论了对一系列不同模板剂(六亚甲基亚胺, HMI)含量的MCM-49分子筛进行NaOH与十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)共处理的情况,而本文重点考察的是只用CTAB处理不同HMI含量的MCM-49分子筛时,其结构与酸性会如何变化,改性前后样品的结构与酸性借助XRD, N2吸脱附等温线测试,29Si与27Al MAS NMR, NH3-TPD, Py-IR与漫反射傅里叶变换红外光谱(DRIFTS)等技术进行表征.另外,将一系列样品用于催化苯甲醚(AN)与乙酸酐(AA)的酰基化反应,考察CTAB处理对MCM-49分子筛催化性能的影响.将含模板剂HMI的MCM-49分子筛原粉在不同温度(250,350,450或550°C)下焙烧,得到一系列不同孔道系统内保留HMI的样品,随后采用CTAB溶液(0.27 mol/L)对其在70°C下进行后处理1 h.结构表征的结果表明,在脱除模板剂HMI及CTAB处理的过程中,分子筛骨架结构基本未被破坏,同时, CTAB处理不能向分子筛中引入任何形式的介孔,无论是晶内介孔还是晶间介孔.在CTAB处理时,可以清除分子筛中部分无定形物种,尤其是无定形Al物种,同时也可能发生部分非骨架Al原子重新进入分子筛骨架的情况,造成骨架铝的比例相对提高.根据29Si与27Al MAS NMR结果可以推断,进入分子筛骨架的Al原子可能会取代T3位置上的Si原子,亦或直接进入T2或T3位置缺陷位.酸性表征的结果表明, CTAB修饰后样品Br?nsted酸量比HMCM-49明显提高,并随HMI含量的逐渐降低呈现先增加后降低的趋势,而Lewis酸量则相对于HMCM-49有所降低.将一系列CTAB修饰前后的MCM-49样品用于催化AN与AA的酰基化反应,反应条件为：压力1.0 MPa、温度110°C、总质量空速WHSV(AN+AA)为10.2 h?1及原料中AN与AA的摩尔比为5：1.反应数据表明,相对于HMCM-49样品, CTAB修饰后样品对应的AA转化率显著提高(初始转化率由51.4%最高增加至85.0%),并随CTAB处理过程中HMI含量的逐渐降低呈现先增加后降低的趋势,而产物选择性则基本没有变化.各样品的AA初始转化率与其Br?nsted酸量基本呈现正向关联.通过间二甲苯歧化反应预积碳堵塞超笼及碱性探针分子2,4-二甲基喹啉吸附覆盖表面半超笼的方法,研究CTAB修饰前后各样品的不同孔道系统对酰基化反应的催化贡献.结果表明,酰基化反应主要发生在MCM-49分子筛的表面半超笼,其次为超笼,正弦孔道的贡献很小.另外, CTAB修饰后样品催化活性的提高主要来自于不含HMI的孔道系统的贡献,进一步验证在CTAB处理过程中,改性作用主要发生在MCM-49分子筛中不含HMI的区域.结合表征和反应评价结果,提高酰基化反应活性需尽可能提高催化剂的Br?nsted酸量,这是分子筛催化剂今后改进的一个主要方向.

关键词: MCM-49分子筛 , 模板剂 , 后处理 , 十六烷基三甲基溴化铵 , 酰基化

加氢反应器用2．25Cr-1Mo-0．25V钢埋弧焊焊缝的组织与力学性能

宋立平 , 孙荣禄 , 谷文 , 李秀杰

机械工程材料 doi:10.11973/jxgccl201611002

采用窄间隙埋弧焊工艺在相同焊接参数下对2．25Cr-1Mo-0．25V钢进行焊接,选择冲击功相差较大的两个焊缝进行化学成分分析、力学性能测试、宏观断口及显微组织观察,并分析了焊缝冲击功不稳定的原因.结果表明：焊缝冲击功出现波动是由化学成分和组织不同造成的；焊缝中的锰、硅元素含量较多时,冲击功低,韧性差；组织粗大,板条贝氏体较多时,韧性和塑性低；组织细小,粒状贝氏体较多时,韧性和塑性较高；当冲击试样缺口开在板条贝氏体较多的区域时,M/A 岛趋于直线排列,容易形成裂纹,冲击功较低.

关键词: 2.25Cr-1Mo-0.25V钢 , 焊缝 , 显微组织 , 粒状贝氏体 , 板条贝氏体

未知物化学成分检测方法研究

左洋 , 李秀杰 , 万蕾 , 杨耀东 , 刘占捷

宇航材料工艺 doi:10.3969/j.issn.1007-2330.2016.04.020

综合运用了红外光谱、气相色谱-质谱、能谱、X射线衍射、离子化-飞行时间质谱等检测方法对一种未知物的化学成分进行解析,并详细介绍了试验过程和定性、定量分析结果,最后归纳了各种检测方法在未知物化学成分鉴定中的用途.未知物的鉴定过程一般从红外光谱分析微观官能团分析入手,借助色谱分离、提纯技术,然后采用X射线衍射、能谱、质谱等技术进行定性和定量分析.

关键词: 未知物 , 红外光谱 , 气相色谱质谱联用 , 能谱 , X 射线衍射 , 离子化-飞行时间质谱

Al-C复合材料中Al/C界面的高分辨观察

李秀杰 , 王裕 , 梁伟

材料热处理学报 doi:10.3969/j.issn.1009-6264.2005.03.027

通过等通道挤压(ECAP)制备了Al-C复合材料,并使用HRTEM、EDS和XRD研究了Al/C界面.结果表明,界面上并未出现不稳定的Al4C3,界面结合较好.Al/C界面分两类:一类为由非晶C和Al形成的界面;另一类为由石墨C和Al形成的界面.在石墨C和Al形成的界面处由于界面应力的作用晶格出现部分扭曲,此处的石墨C有向非晶C转变的趋势.

关键词: Al-C复合材料 , 界面 , ECAP

采用“敏杰”提金剂堆浸工业试验研究及应用

刘金贵

黄金 doi:10.11792/hj20160716

“敏杰”提金剂具有低毒环保、浸出速度快、使用方法简单等优点，在碱性条件下替代NaCN浸金效果较好，可大大降低环境污染压力。张家口弘基矿业有限责任公司采用“敏杰”提金剂进行了金矿堆浸工业试验研究和生产应用，结果表明：在金矿石堆浸生产中，“敏杰”提金剂完全可以替代NaCN进行浸金，其生产技术指标与NaCN浸金相当，金浸出率达到50％以上，具有良好的经济效益、环境效益，可在黄金行业推广应用。

关键词: 低毒 , 环保 , “敏杰”提金剂 , NaCN , 金矿 , 堆浸

采用“敏杰”提金剂代替氰化钠的堆浸工业试验研究

李杰 , 邓劲松 , 容树辉 , 刘怀礼 , 刘玉雷 , 李志民 , 肖国洪

黄金 doi:10.11792/hj20140116

“敏杰”提金剂具有低毒环保、使用方法简单的优点,且在常规碱性条件下代替NaCN浸金效果好,并可大大降低环境污染的压力.对广西田林高龙黄金矿业有限责任公司鸡公山金矿石,采用“敏杰”提金剂的堆浸生产工业实践表明:在药剂消耗、成本费用及提高金浸出率等方面较采用NaCN有较大幅度改善;按其200万t/a矿石处理规模,年可增收节支561.6万元,大大降低了企业生产成本,取得了良好的经济效益和社会效益.这在国内黄金类似矿山有广泛的适用性,极具推广意义.

关键词: 堆浸 , 提金剂 , NaCN , 低毒 , 浸出率 , 经济效益

《金属学报》纪念李薰奖金基金简章

金属学报

<正> 一、为纪念李薰创办和主编《金属学报》,继承并发扬他毕生致力于科技进步的业绩,特设立《金属学报》纪念李薰奖金基金.二、基金来源是乐于赞助的科研单位、高等院校、企业、团体的捐赠.基金属于专款,全部存入银行,每年支取利息,直接用于奖励.

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深切悼念本刊创刊人、主编李薰同志

金属学报

<正> 1983年3月20日凌晨,《金属学报》的创刊人、主编李薰同志和我们永别了。 李薰同志1913年11月20日出生于湖南省邵阳县。1937年以优异成绩通过湖南省试,留学英国Sheffield大学,先后获得哲学博士和冶金学的科学博士学位。1950年受中国科学院郭沫若院长聘,翌年毅然回归祖国。历任中国科学院金属研究所所长,中国科学院

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