[發明專利]界面熱催化體系

有效

• 申請號: 202011535341.0
• 申請日: 2020-12-23
• 公開（公告）號: CN112791670B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 朱嘉;宮涵;姚鵬程;朱斌
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: B01J8/02
• 分類號: B01J8/02;B01J19/12;B01J19/24;B01J27/02;B01J29/00;B01J35/10;C07C67/08;C07C69/14;C07C69/06
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種界面熱催化體系，包括載體、負載于所述載體上的催化劑，以及用于向催化劑提供熱量的熱源；所述載體處于反應液面上或者獨立于反應液面外，控制反應液向載體輸送使得載體上的催化劑處于非淹沒狀態。所述載體和/或催化劑具有光熱效應，所述熱源為用于照射于所述載體和/或催化劑上的光源。本發明由于催化劑未完全淹沒在反應液中，催化劑的反應位點在催化劑與反應液的界面處，生成的產物不會受到反應液的影響而直接從界面處逸出，使得催化劑的反應位點附近始終保持著較低的生成物濃度和較高的反應物濃度，推動化學平衡的正向移動，實現更高的化學反應轉化率，且避免使用傳統濃硫酸，綠色環保。

技術領域

本發明涉及一種用于化學催化反應的催化體系，尤其涉及一種界面熱催化體系。

背景技術

酯類化合物是工業社會中很重要的一種化合物，在制藥，香料，涂料等領域都有廣泛的使用，乙酸乙酯又是其中最有代表性的一種，通過乙醇和乙酸的酯化反應生產乙酸乙酯是工業上最常見的化學反應之一，但是由于熱力學化學平衡的存在，該反應的轉化率在一定反應溫度下只能維持在一個恒定值。

為了提高反應轉化率，通常的做法是一種反應物被過量加入從而促進化學反應正向進行提高轉化率，工業中常將價格便宜的乙醇過量，但是這就會造成許多未反應的乙醇需要后續分離回收，分離過程又會造成大量的能量消耗，另一種辦法是通過加入過量的吸水劑，例如濃硫酸來促進化學反應的正向進行，但是眾所周知濃硫酸是一種液體，過量的濃硫酸會和酯化反應的反應物混合均勻，在反應結束后這些廢酸需要消耗大量能量來回收，亦或者排放到環境，這又會造成嚴重的環境污染問題，因此能在不引入過量反應物，不引入過量濃硫酸催化劑的情況下實現高效的反應轉化率，是工業界普遍希望解決的難題。

隨著近幾年綠色化學的觀念深入人心并逐步推廣，各種有利于節能減排的催化劑或者化學反應裝置得到大力開發，利用太陽能轉化為熱能為化學反應提供所需的能量是一種非常有前景的能量利用方式，同時，對于酯化反應來說，開發出高效的固體酸催化劑替代濃硫酸等液體催化劑來實現高的轉化率同時實現催化劑和反應物的簡易分離是非常好的選擇。

發明內容

發明目的：本發明的目的是提供一種綠色環保且催化效率高的界面熱催化體系。

技術方案：本發明所述的界面熱催化體系，包括載體、負載于所述載體上的催化劑，以及用于向催化劑提供熱量的熱源；所述載體處于反應液面上或者獨立于反應液面外，控制反應液向載體輸送使得載體上的催化劑處于非淹沒狀態。

優選地，所述載體和/或催化劑為能夠使反應產物逸出的多孔結構；反應產物在熱的作用下形成氣相產物從催化劑和載體表面逸出；更優選地，所述多孔結構為具有毛細作用的多孔結構，用于使反應液在毛細作用下持續與催化劑接觸；而反應產物從催化劑表面逸出，使得催化劑的反應位點附近始終保持著較低的生成物濃度和較高的反應物濃度。優選地，所述載體可以是石墨烯氣凝膠、硅膠氣凝膠、多孔碳、泡沫或分子篩中的至少一種。

優選地，所述載體和/或催化劑具有光熱效應，所述熱源為用于照射于所述載體和/或催化劑上的光源。具有光熱效應的載體可以實現對太陽光能的吸收和轉化。

優選地，包括用于與反應液表面接觸的載體，所述載體和/或催化劑漂浮于反應液面上；所述載體和/或催化劑為能夠漂浮于反應液表面的自漂浮式載體和/或催化劑。

優選地，還包括用于將反應液輸送至與催化劑接觸的輸送泵；所述輸送泵控制反應液將催化劑浸潤但使催化劑處于非淹沒狀態；使得催化反應的氣相產物能夠從載體及催化劑表面逸出。

為了增強光源對載體的聚光效果以提高到達載體上的光強度，還包括設置于所述光源及催化劑之間用于對光源聚光的聚光器。

優選地，光源照射到所述載體和/或催化劑表面使得所述載體和/或催化劑吸收的光強度大于或等于2500W/m²。