酸性條件下多壁碳納米管負載鐵基催化氧化甲烷性能

冀佳惠，張英華，劉 佳，高玉坤，白智明，唐 韜

(北京科技大學土木與資源工程學院，北京 100083)

甲烷作為礦井瓦斯的主要成分，不僅會導致窒息、火災、爆炸等事故災害，而且甲烷是導致全球變暖的第二大溫室氣體，煤礦抽采的瓦斯直接排放到空氣中會引發嚴重的環境污染[1]。然而甲烷固有的分子結構與化學性質迫使其轉化通常需要高溫高壓、強酸性介質等苛刻的條件[2-5]。因此，尋求綠色、安全且低能耗的轉化技術是實現甲烷轉化和利用的關鍵。與此同時，液相催化氧化技術被廣泛應用于將甲烷轉化為高附加值的含氧化合物中。

目前，甲烷液相部分催化氧化的研究多為在發煙硫酸[6-8]、濃硫酸[9]和三氟乙酸[10-11]等強酸體系中加入配合物、過渡金屬元素和酸性助劑等催化劑進行催化氧化，且已取得了突破性的進展，但這些溶劑普遍存在高溫下強酸溶劑對反應容器的腐蝕及相應苛刻的操作環境等一系列問題。而冰乙酸作為一種典型的脂肪酸有機酸，具有酸的通性，且可作為親核試劑，在強酸條件下能與其他醇類發生酯化反應，因此，冰乙酸具有成為CH4催化氧化反應的酸性體系的可能性。Chen等[12]通過分析發煙硫酸溶劑中甲烷的高效轉化，提出在極性較強的乙酸中加入兼具強酸性和強氧化性的雜多酸來替代濃硫酸、發煙硫酸和三氟乙酸等強酸體系進行甲烷轉化。徐鋒等[13-14]利用自制實驗系統，進行了醋酸體系中Pd(OAc)2-對苯醌-CO和Pd-CuPc/Y催化甲烷選擇氧化制甲醇的實驗研究，表明在醋酸鈀和對苯醌同時存在的條件下，可發生甲烷催化氧化制甲醇的反應，且在反應體系中添加CO以后，目標產物的生成量大幅增加?！?br>