脉冲电磁场催化化学反应方法

摘要

一种脉冲电磁场催化化学反应方法，解决了传统的催化剂在化工生产中易失活、中毒，而且留在反应终端造成环境污染的问题。将反应物注入反应器后，在反应器外部施加脉冲磁场，电极不与反应物接触，脉冲电压1～1000V，脉冲频率0.1～500Hz，脉冲电磁场催化处理时间根据反应物确定。优点是：既能起到催化或助催化作用，又能解决化学催化剂存在的失活、中毒和环境污染等问题。

说明书

技术领域

本发明涉及一种脉冲电磁场催化化学反应方法。

背景技术

催化技术在化学工业中起着举足轻重的作用，现代燃料工业和化学工业的生产，80％以上采用催化过程。催化技术的开发成功满足了人类衣食住行的需要，同时也大大推动了工农业、医药卫生、交通、国防等各项事业的发展。可以说没有催化科学和催化工程与技术的开发利用，就不可能全面实现工业现代化。而催化方法有很多种，到目前为止最常用的催化方法有化学催化、生物催化和物理催化。而在这三种催化方法中又以化学催化最为常见，物理催化和生物催化是近几年兴起的新型催化技术，具有适应性广、环保等特点。

目前，化学催化仍是化工生产中的主要催化技术，而催化剂是化学反应的重要媒介物，是开发许多化工产品的关键。在现代化学工业和石油加工工业，食品工业及其它一些工业部门中，广泛地使用着催化剂。

据估计，20世纪70年代末，全球催化剂销售额仅约10亿美元，而到1990年，已达60亿美元。然而，21世纪以来，传统的化学与化工面临着人类可持续发展要求的严重挑战，化学工业的出路在于大力开发和应用绿色化工技术。而在化学工业中占有极其重要地方的催化剂也面临着挑战。传统的催化剂在化工生产中易失活、中毒，而且留在反应终端造成环境污染。

发明内容

本发明的目的是要解决现有技术存在的上述问题，提供一种既能起到催化或助催化作用，又能解决化学催化剂存在的失活、中毒和环境污染等问题的脉冲电磁场催化化学反应方法。

本发明是这样实现的：将反应物注入反应器后，在反应器外部施加脉冲电磁场，电极不与反应物接触，脉冲电压1～1000V，脉冲频率0.1～500Hz，脉冲电磁场催化处理时间根据反应物确定。

上述的脉冲电磁场催化化学反应方法，脉冲电压、脉冲频率和施加脉冲电磁场时间根据在实验室内反应环境一致的条件下使用催化剂时催化效果确定。

上述的脉冲电磁场催化化学反应方法，当反应物为10mL的1.5％过氧化氢溶液时，脉冲电压为300V，脉冲频率为15Hz处理时间为1min。

本发明的优点是：

(1)经过实验证明，采用脉冲电磁场催化化学反应，可取代传统的化学催化剂，解决了化学催化剂失活和中毒的问题。实验过程如下：在未施加脉冲电磁场条件下，将装有10mL的1.5％过氧化氢溶液的试管置于30℃恒温水浴锅中，反应2小时，考察过氧化氢分解产生氧气的情况。实验结果表明，在2小时内过氧化氢并未分解产生氧气。在反应环境一致的条件下，将装有10mL的1.5％过氧化氢溶液的试管置于脉冲电磁场中处理后，再将其置于30℃恒温水浴锅中，发现经过脉冲电磁场的催化，过氧化氢分解产生了氧气。在反应环境一致的条件下，将体积为0.1ml、0.2mL、0.3mL、0.4mL、0.5mL的硫酸铁(III)铵催化剂分别加入装有10mL的1.5％过氧化氢溶液的试管中，再将其置于30℃恒温水浴锅中，发现相同的反应时间内，催化剂用量不同，过氧化氢分解产生的氧气量不同。对比上述三个实验结果发现，脉冲电磁场对过氧化氢分解反应起到了催化作用，其效果与0.3mL硫酸铁(III)铵催化剂的催化效果相当。(实验结果如图1所示)

(2)采用脉冲电磁场催化某些化学反应，可以不加或少加化学催化剂，消除或减少了催化剂制作过程以及废催化剂带来的环境污染。

(3)不会将除反应物以外的物质或杂质带入反应器中，提高了反应产物的纯度和质量。

(4)化学生产中许多常用化学催化剂是稀有金属，脉冲电磁催化方法不仅可以节约资源，还在某种程度上降低了产品的成本。

(5)该方法能耗低、系统操作简单、运行费用低、设备占场面积小、无毒无污染、经济效益显著。

附图说明

图1是脉冲电磁场与催化剂在化学反应中效果对比图表；

图2是电磁脉冲催化试验装置示意图；

图3与电磁脉冲催化试验同时进行的对照实验装置图。

具体实施方式

实施例1：

在反应器外缠绕电磁线圈，所述的电磁线圈与电磁脉冲发生仪连接。将反应物注入反应器后，在反应器外部施加脉冲电磁场，电极不与反应物接触，脉冲电压1～1000V，脉冲频率0.1～500Hz，脉冲电压、脉冲频率和施加脉冲电磁场时间根据在实验室内反应环境一致的条件下使用催化剂时催化效果确定。

实施例2：

如图2所示，以脉冲电磁场催化过氧化氢反应为例，电磁脉冲催化试验装置由贮水瓶、水准管、三通活塞、量气管、反应器、电磁线圈、恒温浴和电磁脉冲发生仪构成，试验过程：

(1)向反应器中注入10mL的1.5％过氧化氢溶液；

(2)将装有过氧化氢溶液的反应器置于30℃恒温浴中预热20分钟；

(3)将预热后的反应器取出，将直径为1mm的单芯铜线缠绕在反应器外部构成电磁线圈，将反应器重新放入30℃恒温浴中；

(4)接通电磁脉冲发生仪，于电压为300V，频率为15Hz的电磁脉冲的参数条件下处理过氧化氢溶液，处理时间为1min；

(5)电磁脉冲处理后反应开始进行，每隔十分钟测量一次氧气的产生量。

与电磁脉冲催化试验同时进行的对照实验装置如图3所示，实验装置由贮水瓶、水准管、三通活塞、量气管、反应器、和恒温浴构成，对照试验过程：

(1)向反应器中注入10mL的1.5％过氧化氢溶液；

(2)将装有过氧化氢溶液的反应器置于30℃恒温水浴中预热20分钟；

(3)将预热后的反应器取出，将体积为0.3mL的硫酸铁(III)铵催化剂分别加入反应器中；

(4)将加入催化剂的反应器重新放入30℃恒温水浴中，反应开始进行，每隔十分钟测量一次氧气的产生量。对照实验结果见图1。