《固體催化劑反應動力學研究的流動反應器方程修正》是依託清華大學，由王德崢擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：固體催化劑反應動力學研究的流動反應器方程修正
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：王德崢
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
多相催化機理研究在進行化學動力學測定時，將物料連續方程作為其動力學常數回歸的基礎。但是現有的固體催化劑上的吸附物種連續方程不符合伽利略不變式原理。本項目擬獲取實驗數據證明這一論點，從而推導出對該方程所需要做的修正。研究工作將建立動力學的準確基礎並討論L-H動力學和速控步驟假設的準確含義。實驗基於化學動力學針對擬穩態假設的基礎研究結果設計，擬採用催化劑的活性位濃度與反應物的初始濃度比例改變100倍的實驗，獲得回歸動力學參數與該比例的關係曲線。擬研究的反應有：(1)鉑金屬催化劑的乙烯加氫、環己烷脫氫、乙烷氫裂解反應；(2)H/ZSM-5催化劑的甲醇制烯烴反應。
結題摘要
本項目基於發現氣固催化反應的流動反應器連續性方程不符合伽利略不變式原理 (Galilean invariance, GI)，研究如何修正可以使得該方程符合GI原理。研究內容包括理論推導和實驗研究兩部分。理論方面，針對表面物種連續性方程，推導出該方程的錯誤源於未考慮反應器中存在的吸附物質空間濃度梯度。所做修正為在表面物種連續性方程增加D/Dt物質微分算符，其描述反應的存在必然使得空間濃度存在梯度。在穩流情況下，吸附物質的空間濃度梯度的存在導致氣相不守恆。實驗方面，鑒於非均相催化反應使得吸附物濃度隨著時間增加逐漸達到穩態的濃度梯度，設計實驗證明空間濃度梯度的存在。選擇SAPO-34催化甲醇制烯烴(MTO) 反應進行上述實驗驗證，旨在獲得不同活性位濃度催化劑的氣相碳守恆關係。為建立該實驗基礎，進行了分子篩活性位濃度測量。實驗證明，Langmuir 理論僅適用於描述表面濃度低時的吸附濃度，當表面濃度高時應該採用理想吸附溶液理論(ideal adsorbed solution theory, IAST)。基於對SAPO-34分子篩中吸附、擴散的認識，開發了具有低酸密度的多級結構SAPO-34分子篩催化劑。表征與評價結果顯示，該催化劑具有高活性穩定性及低焦炭、烷烴選擇性，是理想的MTO催化材料。相關基礎研究工作加深了對MTO/DTO反應機理的認識。
