用于电解甲烷制甲醇的电极、电解质溶液体系研究

【摘要】：甲烷直接氧化制甲醇主要有气固相催化氧化、液相催化氧化、酶催化氧化、光催化氧化和等离子体催化氧化等方法，其中液相催化氧化因其具有反应条件相对温和、高转化率及高选择性的优势，被认为是最具有工业化价值的技术。因此，建立一个适合的催化体系，尤其是在温和条件下同时具有高活性、良好选择性且稳定的催化体系是科学家们孜孜以求的目标。 本文在课题组前期工作的基础上，围绕着电化学的方法将甲烷直接转化为甲醇，选择对甲烷卤化有催化活性的Ni氧化物纳米粒子，以CuO-AlPO4或PEG-PVA为粘合剂，用模板法制备一系列膨胀石墨/金属复合电极，通过各复合电极分别与80%乙醇氯化钠碱性电解液及[Bmim]Br离子液体-乙醇碱性电解液进行四组正交设计实验，进一步考查电极对甲烷产率的影响，筛选出具有良好催化活性、导电性、稳定性的复合电极，以及与复合电极适合的电解液或者与80%乙醇氯化钠电解液、[Bmim]Br离子液体-乙醇电解液适合的电极。本课题主要分为两部分： 第一部分，选择对甲烷卤化有催化活性的Ni的氧化物纳米粒子，以CuO-AlPO4或PEG-PVA为粘合剂，用模板法制备一系列膨胀石墨/金属复合电极。 第二部分，通过各复合电极分别与80%乙醇氯化钠碱性电解液及[Bmim]Br离子液体-乙醇碱性电解液进行四组正交设计实验，筛选出具有良好催化活性、导电性、稳定性的复合电极，以及与复合电极适合的电解液或者与80%乙醇氯化钠电解液、[Bmim]Br离子液体-乙醇电解液适合的电极。 通过对四组正交设计实验所得最优条件下的结果进行比较，发现：当电解液为80%乙醇碱性电解液时，镍催化剂不利于甲醇的产生；当电解液为[Bmim]Br离子液体-乙醇碱性电解液时，镍催化剂利于甲醇的产生。以PEG-PVA为粘合剂制备的电极较CuO-AlPO4为粘合剂制备的电极更利于甲醇的生成；四个电解体系在最佳条件下的甲醇产率均约为40%，达到了甲烷制甲醇的工业条件。 【关键词】：甲烷 电解 甲醇 离子液体 膨胀石墨 Ni催化剂
【学位授予单位】：云南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TQ223.121
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-6
• 目录6-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 甲烷转化成甲醇10-13
• 1.1.1 甲烷气固多相催化氧化制甲醇10-11
• 1.1.2 甲烷液相催化氧化制甲醇11
• 1.1.3 甲烷酶催化氧化制甲醇11-12
• 1.1.4 甲烷光催化氧化制甲醇12
• 1.1.5 甲烷等离子体催化氧化制甲醇12-13
• 1.2 膨胀石墨13-15
• 1.2.1 可膨胀石墨及膨胀石墨的制备13-14
• 1.2.2 可膨胀石墨的应用14-15
• 1.3 离子液体15
• 1.4 甲烷直接转化成甲醇的催化剂研究现状15-16
• 1.5 本课题研究内容16-17
• 第2章 实验部分17-71
• 2.1 实验试剂及仪器17-18
• 2.1.1 实验试剂17-18
• 2.1.2 实验仪器18
• 2.2 实验原理18-19
• 2.2.1 离子液体的合成原理18-19
• 2.2.2 甲烷电解生成甲醇的反应原理19
• 2.3 实验装置19-20
• 2.4 离子液体[Bmim]Br 的制备方法20-21
• 2.5 膨胀石墨电极的制备21-22
• 2.5.1 CuO-AlPO_4为粘合剂的膨胀石墨电极的制备21
• 2.5.2 PEG-PVA 为粘合剂的膨胀石墨电极的制备[47-48]21-22
• 2.6 甲醇的检测方法及甲醇产率、电流效率的计算方法22-23
• 2.6.1 甲醇的检测方法22
• 2.6.2 甲醇产率 Y（wt%）的计算方法22-23
• 2.6.3 电流效率η的计算方法23
• 2.7 甲醇溶液标准工作曲线与气相色谱图23-26
• 2.7.1 以离子液体-乙醇为溶剂的甲醇溶液标准工作曲线23-24
• 2.7.2 以 80%乙醇为溶剂的甲醇溶液标准工作曲线24-25
• 2.7.3 纯甲醇的气相色谱检测25-26
• 2.8 电极及电解液对甲醇产率的影响26-71
• 2.8.1 体系 1：PEG-PVA 膨胀石墨电极、80%乙醇电解液体系26-38
• 2.8.2 体系 2：CuO-AlPO_4膨胀石墨电极、80%乙醇电解液体系38-49
• 2.8.3 体系 3： CuO-AlPO_4膨胀石墨电极、乙醇-离子液体电解液体系49-60
• 2.8.4 体系 4：PEG-PVA 膨胀石墨电极、乙醇-离子液体电解液体系60-71
• 第3章 结果与讨论71-72
• 3.1 PEG-PVA 膨胀石墨电极情况71
• 3.2 粘合剂筛选情况71
• 3.3 催化剂影响情况71
• 3.4 电解甲烷制甲醇的工艺条件筛选情况71-72
• 第4章 总结72-73
• 参考文献73-76
• 攻读学位期间发表的学术论文和研究成果76-77
• 致谢77

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

甲醇下游产品开发及技术进展    李好管

专家提出甲醇工业发展建议    

甲醇下游产品的开发和应用    李素君

“大甲醇”技术及其应用    

生物甲醇的开发与商业化    何永昌

甲醇技术讲座暨甲醇技术研讨交流学习班征文通知    

甲醇工业发展的方向及应用    薛彩霞;陈玉涌;

甲醇的生产工艺及其发展现状    段志成;赫文秀;

浅谈甲醇的工业分析方法    高玉春;张锐;

甲醇的生产工艺及其发展现状    谢永海;

甲醇在改性HZSM-5上制芳烃的研究    雷智平;水恒福;王知彩;任世彪;蒋京熹;

甲醇制氢技术研究及应用——四川亚联高科技股份有限公司甲醇制氢新技术    杜雯雯;王业勤;吴素娟;

甲醇企业吁请加大反倾销力度    本报记者 陈继军

甲醇工业极具发展潜力    张申战

甲醇：五个风险四大关键求解    王亚丽王瑞娟

三大利空导演甲醇高台跳水    呼跃军

中国将成国外甲醇重点出口地    记者 张兴刚

国内甲醇建设高烧不退    钟华

甲醇产业投资过热隐忧多    蔡恩明

甲醇产业损害预警机制当早起动    张瑞和

国内外甲醇工业的现状及市场    冯秀芳

中国甲醇工业现状及“十二五”发展规划解读    中国氮肥工业协会

移动床甲醇制丙烯反应工艺的研究    虞贤波

年产3万吨甲醇增产技术改造的工艺设计    卢勤斌

天然气制甲醇生产工艺优化    毛司理

间歇精馏法制备高纯甲醇的研究    杨光辉

低温液相合成甲醇铜铬催化剂制备及合成工艺的研究    刘明刚

甲醇重整内燃机复合循环    张国强

多规格产品甲醇精馏塔的建模与仿真    郑洪裕

食用酒中甲醇气相色谱分析方法研究    张良

煤基大甲醇系统水循环行为研究    范玮

一种新型甲醇双效精馏系统建模、动态行为与控制的若干问题研究    周志超

甲醇三塔精馏过程控制及仿真    朱晓芸