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環(huán)氧丙烷是一種重要的有機(jī)化工中間體，其現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝存在聯(lián)產(chǎn)物多或環(huán)境污染嚴(yán)重等問題。鈦硅分子篩TS-1（titanium silicate-1）催化丙烯與H₂O₂直接反應(yīng)生產(chǎn)環(huán)氧丙烷是一種代替現(xiàn)有技術(shù)的綠色新工藝，該工藝的核心是高性能的TS-1催化劑。TS-1中四配位骨架鈦被認(rèn)為是催化選擇氧化反應(yīng)的主要活性中心，近年來，有研究者通過原位光譜表征，推斷六配位非骨架鈦也具有催化活性。

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近期，郭新聞教授團(tuán)隊(duì)利用實(shí)驗(yàn)手段，對(duì)TS-1中不同鈦物種上的丙烯環(huán)氧化性能進(jìn)行了本征動(dòng)力學(xué)研究。首先，設(shè)計(jì)合成出只含有四配位鈦及同時(shí)含有四配位和六配位鈦的TS-1催化劑；結(jié)合UV-Raman、UV/vis及ICP-OES等多種光譜表征技術(shù)，定性/定量分析兩種鈦物種的含量。其次，在完全消除擴(kuò)散限制的情況下，綜合考慮丙烯、雙氧水、環(huán)氧丙烷、水和甲醇等多種物質(zhì)在不同鈦物種上吸附情況，構(gòu)建出多個(gè)可能的動(dòng)力學(xué)模型。通過對(duì)模型的篩選和參數(shù)的擬合，發(fā)現(xiàn)環(huán)氧丙烷生成反應(yīng)（主反應(yīng)）和丙二醇甲醚生成反應(yīng)（副反應(yīng)）均符合單分子吸附的Eley-Rideal模型。最后，從獲得的動(dòng)力學(xué)參數(shù)中發(fā)現(xiàn)，對(duì)于主反應(yīng)，六配位鈦比四配位鈦需要克服的反應(yīng)能壘更低（37.7 kJ/mol vs?44.0 kJ/mol），因此，六配位鈦具有更優(yōu)異的本征催化活性；而對(duì)于副反應(yīng)，六配位鈦的能壘更高（43.1 kJ/mol vs?12.9 kJ/mol），但因其同時(shí)具有更大的環(huán)氧丙烷吸附平衡常數(shù)，在當(dāng)環(huán)氧丙烷濃度較高，即主反應(yīng)轉(zhuǎn)化率較高時(shí)，六配位鈦上的環(huán)氧丙烷選擇性較低，反之則反。

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此項(xiàng)工作從動(dòng)力學(xué)角度構(gòu)建了丙烯環(huán)氧化反應(yīng)的機(jī)理，對(duì)于TS-1上不同鈦物種的活性進(jìn)行了量化分析，首次給出了四配位鈦和六配位鈦對(duì)于丙烯環(huán)氧化主副反應(yīng)的本征動(dòng)力學(xué)性能，為未來TS-1催化劑的設(shè)計(jì)合成提供了新的理論依據(jù)。

該研究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及論文撰寫過程中得到我校海天學(xué)者、西澳大利亞大學(xué)Hong?Yang教授的傾力幫助，相關(guān)研究成果發(fā)表在化工類期刊AICHE Journal（AIChE J.?2021, e17261.?DOI:?10.1002/aic.17261）上。上述研究工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2016YFB0301704）、國家自然科學(xué)基金（21506021）及江蘇省“雙創(chuàng)人才”項(xiàng)目的經(jīng)費(fèi)支持。