氧化羰基化合成碳酸二苯酯磁性催化劑制備及其在磁流化床中流動(dòng)特性研究.pdf

1、碳酸二苯酯(Diphenyl Carbonate, DPC)作為合成工程塑料聚碳酸酯(PolyCarbonate, PC)的主要中間體，具有很高需求量。目前DPC合成方法主要有光氣法、酯交換法以及苯酚氧化羰基化法。苯酚氧化羰基化法是在催化劑作用下將苯酚與一氧化碳、氧氣一步合成 DPC，生成副產(chǎn)物為綠色無(wú)污染的水，該方法原子利用率非常高，符合綠色化工發(fā)展要求，非常具有發(fā)展前景。
　　氧化羰基化合成DPC分為均向催化和非均相催化二種工

2、藝，均相催化存在嚴(yán)重腐蝕設(shè)備、分離困難等缺點(diǎn)，逐漸被非均相催化取代。非均相催化研究熱點(diǎn)目前主要集中在催化助劑及載體的選擇上，催化反應(yīng)多在間歇反應(yīng)釜或固定床中進(jìn)行，反應(yīng)過(guò)程中存在傳質(zhì)傳熱差，壓降大等問(wèn)題。磁穩(wěn)定流化床反應(yīng)器兼具固定床和流化床優(yōu)點(diǎn)，能改善反應(yīng)過(guò)程中傳質(zhì)傳熱狀況，提高催化反應(yīng)效率。本研究主要為磁流化床應(yīng)用到羰基化合成DPC作準(zhǔn)備工作，研究主要內(nèi)容包括：通過(guò)數(shù)值模擬和冷模實(shí)驗(yàn)探討所設(shè)計(jì)的磁流化床的物料流動(dòng)特性；設(shè)計(jì)制備一種兼有適

3、宜催化活性和磁學(xué)性質(zhì)、適用于所設(shè)計(jì)磁流化床反應(yīng)器的磁性催化劑。
　　磁流化床數(shù)值模擬部分：使用GAMBIT建立一個(gè)二維模型，將模型導(dǎo)入 Fluent計(jì)算軟件中使用歐拉模型將固相La0.5Pb0.5MnO3擬流體化，設(shè)定實(shí)驗(yàn)中氣液固三相的物性參數(shù)，選用標(biāo)準(zhǔn)的k-ε湍動(dòng)模型，利用Fluent中外接用戶(hù)自定義（UDF）模型導(dǎo)入磁場(chǎng)，建立一套適用于三相磁流化床計(jì)算模型。運(yùn)用建立的模型對(duì)不同條件下磁流化床流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行模擬計(jì)算。模擬結(jié)果表明，

4、以氣相推動(dòng)磁流化床中，床層進(jìn)入完全流化狀態(tài)后，床層總壓降保持穩(wěn)定；由于液體流速遠(yuǎn)小于氣體流速，對(duì)流化床固相顆粒分布影響較小，增大液體流速反而不利于床層流化；床層底部布風(fēng)板開(kāi)孔率越高越利于床層流化，床層總壓降越??；增強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)度能起到穩(wěn)定固相顆粒、阻礙顆粒被流體帶出作用。
　　冷模實(shí)驗(yàn)部分：運(yùn)用高斯計(jì)對(duì)床層磁場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行了測(cè)量，結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的磁流化床床層內(nèi)磁場(chǎng)分布很不均勻，磁場(chǎng)強(qiáng)度與勵(lì)磁線(xiàn)圈匝數(shù)相關(guān)，床層內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度最大值可以通過(guò)改變電

5、流大小進(jìn)行調(diào)節(jié)；測(cè)定了不同條件下改變氣體流速對(duì)床層壓降影響圖，分析得到了不同操作條件下床層最小流化速度Umf，考察了不同操作條件對(duì)最小流化速度影響，結(jié)果表明增大液相流速UL、增大外加磁場(chǎng)強(qiáng)度H及減小分布板開(kāi)孔率都會(huì)導(dǎo)致流化床的最小流化速度Umf的增加；測(cè)量了氣體流速對(duì)床層內(nèi)平均氣相含率的影響，結(jié)果表明床層內(nèi)平均氣相含率都隨氣體流速增大而增大，近似成直線(xiàn)關(guān)系。
　　磁性催化劑制備部分：運(yùn)用沉淀法將兩種磁性載體La0.5Pb0.5Mn

6、O3與MnFe2O4粘結(jié)制備出一種新的復(fù)合載體MnFe2O4-La0.5Pb0.5MnO3@Al2O3，通過(guò)VSM、H2-TPR等測(cè)試手段考察了復(fù)合載體中兩種不同磁性材料配比對(duì)載體磁學(xué)性能和氧化還原性能的影響，結(jié)果表明La0.5Pb0.5MnO3含量降低會(huì)導(dǎo)致載體氧化還原性能的降低，其負(fù)載Pd所制備的催化劑活性也降低；MnFe2O4磁學(xué)性質(zhì)優(yōu)于La0.5Pb0.5MnO3，可以通過(guò)提高其含量來(lái)增強(qiáng)復(fù)合載體的比飽和磁化強(qiáng)度。綜合磁學(xué)性能和