- 2023-08-18 11:45:00 来源:HORIBA 科学仪器事业部 浏览量:67次
- 【导读】乙酸,又称醋酸、冰醋酸,是一种重要的有机酸,应用领域十分广泛。比如,在加工工业中,可主要应用于合成纤维、涂料、染织工艺等;在医疗及食品工业中,则常被用作防腐剂或抗 菌剂,如阿司匹林等药物,饮料、罐头等
-
乙酸,又称醋酸、冰醋酸,是一种重要的有机酸,应用领域十分广泛。比如,在加工工业中,可主要应用于合成纤维、涂料、染织工艺等;在医疗及食品工业中,则常被用作防腐剂或抗 菌剂,如阿司匹林等药物,饮料、罐头等食物的生产环节。
传统的乙酸制备方法,由美国孟山都(Monsanto)公司开发,也被称为“Monsanto 工艺”,通常以甲烷为原料,生成甲醇后再经过化合作用,最 终获得乙酸。但该工艺饱受生产商的诟病,首先,制备过程中使用的催化剂铑(Rh)十分昂贵,而且反应液中还含有腐蚀性极强的碘。因此,开发低成本、低毒害的绿色乙酸制备方法便具有突破性的重要意义,而直接由甲烷进行转化是目前公认的优势开发路线。
近日,兰州大学化学化工学院吴剑峰青年研究员团队在甲烷制备乙酸的催化研究方面取得了重要进展。其开发的 Fe/ZSM-5 催化剂实现了甲烷直接转化为乙酸的高效生产需求,最 高时空产率*实现了 12 mmol gcat–1h–1,乙酸反应选择性*达到 63.2 % !该研究成果 2023 年发表于环境科学领域老牌国际学术期刊《Applied Catalysis B-Environmental》。
*时空产率:时空产率(time space yield)又称时空收率或时空得率。指在给定反应条件下,单位时间内,单位体积(或质量)催化剂能获得某一产物量。是衡量催化剂活性大小及反应器装置生产能力的标志之一。
*反应选择性:又称反应专一性。一个化学反应若同时可生成多种产物,其中某一种产物是最希望获得的,则这一种产物产率的大小代表了反应选择性的好坏。
原位拉曼显神通
活性中间体终确认
在催化反应过程中,活性中间体很大程度上决定了反应是否能正常进行。因此对于中间体及其活性确认至关重要。此前受“Monsanto 工艺”影响,人们普遍认为在甲烷转化生成乙酸的过程中,中间体应该是甲醇。然而通过光谱测量研究发现并非如此。运用原位拉曼测量技术,研究小组观测到转化进程中生成的是单核铁物种 –Fe–OOH 以及 –Fe–OCH3(如图 1),并最 终确认单核铁物种才是 Fe/ZSM-5 催化剂上的活性位点 (如图 2 )。这一发现为设计及开发高活性甲烷转化催化剂提供了新思路。
图1 Fe/ZSM-5 (0.25) 的原位拉曼谱图
纯催化剂的发射光谱,可观察到其含有铁化合物 –Fe–OH
加入氩气( Ar )并在 450°C 实验条件下燃烧以得到更纯净的催化剂
加入过氧化氢( H2O2 ),在 50°C 实验条件下观察到单核铁物种 –Fe–OOH
加入甲烷 ( CH4 ),在 50°C 实验条件下观察到单核铁物种 –Fe–OCH3
图2 Fe/ZSM-5 催化过程反应机理图
催化活性出神 效绿色制酸将启航
那么,Fe/ZSM-5 催化剂的活化性能又如何呢?
研究人员对比了 Fe/ZSM-5 催化剂在不同( a )压力、气体比例、温度、反应时间、负载量以及过氧化氢浓度下的催化活性,结果发现在 4 Mpa CH4/4 Mpa CO(图3(A))的条件下能实现最 高乙酸收率,实现了甲烷直接转化为乙酸的高效生产需求,且最 高时空产率为 12 mmol gcat–1h–1,乙酸反应选择性达到 63.2 %。
图3 Fe/ZSM-5 催化剂在不同( A )压力;(B)气体比例;(C)温度;(D)反应时间;(E)负载量以及( F )过氧化氢浓度下的催化活性。
该研究成果一经发表,凭借优异的甲烷活化性能,Fe/ZSM-5 高效催化剂备受关注,它的成功开发也表明了低成本无害化乙酸制备的可能性。同时,它更有望为工业化乙酸制造带来革命性的驱动力。这类催化工艺不仅能缩短产品制备步骤,规避毒害副产物污染,也将极大减少贵金属的消耗,可以为企业节省高昂的制造成本。以这样的技术和方式为人类谋利造福,正是无数化学人不断前进的动力与使命。
仪器使用评价
实验室所用设备
HORIBA LabRAM HR Evolution 拉曼光谱仪
实验中使用 HORIBA LabRAM HR Evolution 拉曼光谱仪(现已升级为 LabRAM Odyssey 高速高分辨显微共焦拉曼光谱仪)能快速获得详细的图像和分析,非常适合微观测量,尤其能够满足观测催化剂活性位点这种反应时间极短的测量需求,并能提供先进的二维和三维共聚焦成像结果。
文献信息
Oxidative carbonylation of methane to acetic acid on an Fe-modified ZSM-5 zeolite.
Applied Catalysis B: Environmental
署名作者
Chen-Wei Wang, Yuan Sun, Li-Jun Wang, Wen-Hua Feng, Yu-Ting Miao, Ming-Ming Yu, Yu-Xuan Wang, Xu-Dong Gao, Qingqing Zhao, Zhiqin Ding, Zhaochi Feng, Si-Min Yu, Jinhui Yang, Yongfeng Hu, Jian-Feng Wu
文章链接
https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2023.122549
课题组介绍
吴剑峰,博士,硕士生导师,兰州大学青年研究员(首批)。2014 年 6 月在兰州大学化学化工学院获博士学位。2014年 7 月- 2017 年 8 月在美国堪萨斯大学环境友好催化中心从事博士后研究。2017 年 9 月任职于兰州大学。2018 年 7 月加入李灿院士在兰州大学的团队。致力于固体核磁共振技术在多相体系下的反应机理研究(C化学)和多相催化剂的催化评价研究。先后在 J. Am. Chem. Soc., Chem.-Eur. J., ACS Catal., J. Catal. 和 Appl. Catal. A: Gen 等 1 杂志发表过学术论文。为 J. Catal., Ind. Eng. Chem. Res., ACS Catal. 等期刊担任审稿人。目前,主持国家青年自然科学基金一项,甘肃省青年自然科学基金一项,主持中 央高校交叉学科项目两项(含一项优秀青年支持计划) ,参与中 央高校重 点项目一项。
如果您对上述产品感兴趣,欢迎扫描二维码留言,我们的工程师将会及时为您答疑解惑。
- 标签:甲烷催化机理
- 收藏(0) 赞(0) 踩(0)
- 随时了解更多仪器资讯,求购、招标、中标信息实时更新,厂商招商信息随时看。大量、齐全、专业的仪器信息尽在仪器网(yiqi.com)。扫一扫关注仪器网官方微信,随时随地查看仪器用户采购、招标需求!
-
为你精选
-
铜价迭创新高导致下游需求遭到抑制 仪器行业如何度过铜资源紧缺危机?
在生产过程中,通过精益生产、自动化升级等措施提高生产效率,降低单位产品成本。同时,优化产品设计,减少不必要的铜材料使用,提高产品的市场竞争力。
2024-04-29 16:08:11 业内交流
-
江苏跨境电商进出口额实现快速增长 哪些仪器有望受益跨境电商?
今年以来,江苏大力推动跨境电子商务高质量发展。 持续提升货运专线服务能力和覆盖范围,打造特色跨境电商产业带。 跨境电商进出口额实现快速增长。
2024-04-16 11:20:44 业内交流
-
华为助力金融行业加速拥抱AI 仪器行拥抱AI有哪些机遇和发展?
据华为数据存储微信ID显示,4月11日,以“数字创造未来,智慧金融”为主题的2024华为金融创新数据基础设施峰会在重庆举行。 在本次峰会上,华为数据存储产品线总裁周跃峰正式发布了金融行业四大解决方案。
2024-04-15 10:45:52 业内交流
-
国家发改委确立煤炭产能储备制度 有序建设储备煤矿项目哪些仪器将受益?
我们需要了解什么是煤炭产能储备制度。这是一种政府为了应对可能出现的能源供应短缺或其他突发情况,而提前储备一定数量的煤炭生产能力的制度。这需要在正常生产之外,再额外建设一些煤矿,以备不时之需。
2024-04-12 16:58:33 业内交流
-
央行加大对住房保障体系经融支持力度 地产重构经营模式带来哪些仪器行业机遇?
住房保障体系的完善和房地产市场的稳定发展,将促进相关产业链的拓展和完善。其中,检测和认证服务将成为重要的一环。从建材的质量检测到室内空气环境的评估,都需要专业的仪器设备来完成。
2024-04-07 13:30:11 业内交流
-
铜价迭创新高导致下游需求遭到抑制 仪器行业如何度过铜资源紧缺危机?
在生产过程中,通过精益生产、自动化升级等措施提高生产效率,降低单位产品成本。同时,优化产品设计,减少不必要的铜材料使用,提高产品的市场竞争力。
兰大吴剑峰团队:绿色制酸革新启航!原位拉曼揭示甲烷催化机理 | 前沿用户报道
①本文由仪器网入驻的作者或注册的会员撰写并发布,观点仅代表作者本人,不代表仪器网立场。若内容侵犯到您的合法权益,请及时告诉,我们立即通知作者,并马上删除。
②凡本网注明"来源:仪器网"的所有作品,版权均属于仪器网,转载时须经本网同意,并请注明仪器网(www.yiqi.com)。
③本网转载并注明来源的作品,目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点或证实其内容的真实性,不承担此类作品侵权行为的直接责任及连带责任。其他媒体、网站或个人从本网转载时,必须保留本网注明的作品来源,并自负版权等法律责任。
④若本站内容侵犯到您的合法权益,请及时告诉,我们马上修改或删除。邮箱:hezou_yiqi
- 交错人字形混合器芯片制备空间稳定的脂质体:脂质组分和PEG脂质含量的影响
- 助力石油天然气行业规范化!《岩样核磁共振参数实验室测量规范》正式发布启用
- 产品推荐 | 反射多模光纤QR系列
- 公司团建,共创美好未来;团队携手,共筑辉煌明天(日照篇)
- 【摄影大赛】五一劳动节·群星闪耀时!
- 纽迈分析祝大家劳动节快乐!
- 科尔康祝您五一国际劳动节快乐!
- 以奋斗人为本 | 福立仪器向每位劳动者致敬,祝大家劳动节快乐!
- 【客户焦点】帕维亚大学探索血小板生产的生物打印之路
- NEW Webinar气候智能农业:推进作物胁迫表型研究以提高作物抗逆性
- 产品推荐 | RMS3000微型拉曼光谱仪
- 文献分享 | 快速鉴别肠炎沙门氏菌的四种血清型: 大拉曼和手持式拉曼光谱仪的性能对比
- 应用案例 | 负载型金属簇异质结构对偶氮加氢催化的表面电荷效应