硝基环己烷加氢过程反应机理及动力学研究

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环己酮肟作为生产己内酰胺的中间体,其在纤维工业中作用重大。传统的环己酮肟工艺路线存在着能耗大、污染重、原子经济性低,因此开发环境友好的环己酮肟新工艺路线具有着重要的价值。在众多新工艺路线中,环己烷硝化还原路线具有很大的优势,本课题组前人的研究已经取得了很大的进展,但是对于硝基环己烷部分加氢制备环己酮肟的反应机理和动力学模型却少有涉及。本文首先建立了Pd/SWNTs催化硝基环己烷部分加氢制备环己酮肟过程反应液中各组分的分析方法,并用GC-MS测定了反应液中的各组分,发现存在一种不稳定的中间产物。为了使所测得的动力学数据都位于本征动力学区,本文首先设计实验排除了内、外扩散的影响,并采用分时取样的方法测定了所需要的动力学数据。本文根据文献报道和合理假设,采用Langmuir-Hinshelwood吸附模型,分别建立了反应各组分的速率方程;利用Runge-Kutta法求解动力学模型参数,发现根据反应历程Ⅰ、假设(2)所建立的模型所计算出来的结果和实验值吻合的很好。表明了硝基环己烷加氢首先生成中间产物,中间产物再进一步加氢生成环己酮肟和环己胺;Pd/SWNTs催化剂表面上存在两种吸附位,氢气在其中一种吸附位上发生解离吸附,处于原子态的氢和反应组分发生非竞争性吸附。由所求得的反应速率常数可知硝基环己烷加氢生成的中间产物很快就转化为环己酮肟,即中间产物累积量少。本研究通过各产物的反应速率常数,由阿伦尼乌斯方程计算出了各反应的活化能分别为56.5836kJ/mol、83.4367kJ/mol和177.5196kJ/mol。本文对硝基环己烷部分加氢过程的催化剂循环实验中催化活性降低进行了初步研究,发现第五次循环时,催化剂活性下降最快。本文利用原子分光光度法分别测定了每一次催化循环后催化剂中Pd的含量,发现随着催化循环次数的增多,Pd含量不断降低,由此可以部分解释催化活性下降的原因。
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