【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于环己烷氧化制备ka油，具体涉及一种在常温常压下原位合成催化剂并氧化环己烷的装置和方法。
技术介绍
1、环己烷的氧化反应具有重要的工业生产价值，其氧化产物环己醇和环己酮在工业上俗称ka油，是合成己二酸和己内酰胺的重要中间体。环己烷c—h的键能高达97kcal/mol，化学性质稳定，不容易断裂，因此氧化环己烷生产ka油的方法一般需要在高温高压极端条件下，对反应环境的要求严苛，导致工业生产能耗高、成本昂贵。同时，生产过程中的环己烷、环己酮和环己醇等物质具有低闪点和较宽爆炸极限，因此反应过程容易造成燃烧爆炸等安全事故。近些年来，随着节能减排政策的提出和工业安全生产技术的发展，如何以简单快速、温和安全、连续高效的方法氧化合成环己烷制备ka油的方法成为当前研究热点。
2、专利cn114426459a公开了一种利用微反应器氧化环己烷制备ka油的方法。该方法将环己烷液体与氧气在120℃下进行预热混合，通入微反应器内在温度为140℃～220℃，压力为0.5mpag～4mpag的条件下进行混合，得到的环己烷转化率在5％。这种方法需要在高温下对反应物质进行预处理，同时反应条件需要在极高的压力条件下进行，所得到的环己烷转化率极低，故反应设备昂贵，反应能耗高，反应效率低。
3、专利cn110551001a公开了一种采用单级或多级微通道反应器分解环己烷制备环己酮和环己醇的方法，该方法能够保证物料混合均匀，大大加强了气液两相的传质效率，但是仍然无法解决反应过程需要高温高压条件、反应能耗过高的问题。
4、专利c
5、传统的光催化反应往往效率低，反应选择性差，此外，光催化剂也存在制备难度大，稳定性差等问题，难以应用于实际生产过程。本专利技术将等离子体与光场协同耦合，可以有效解决上述问题，强化反应过程，提供高焓、高活性、高能量的密度环境，使热力学或动力学上不可行的反应发生，实现非常规制备，对于化学反应的绿色高效进行具有十分重要的意义。等离子体中的高能电子可以取代传统化学还原剂激发、解离前驱体，实现化学键的断裂和重排，缩短反应时间、提高反应的安全性且无酸根残留。光催化作为一种新兴绿色化学工艺，在光照条件下可以激发贵金属催化剂价带中的电子跃迁形成电子-空穴对，产生密度极大的电荷载流子用以断裂高能化学键，从而在温和条件下催化氧化环己烷，同时很好地保证产物的选择性。
6、将反应限域在狭长的反应通道中，利用注射泵精准通入反应溶液，可以将传统间歇式生产优化为连续流反应，保证物料混合均匀，极大地加强了气液两相的传质效率，实现反应过程中的参数精准化、过程可控化，反应安全化。此外，将反应通道设计成漩涡型以此有效增长反应物停留时间，不仅可以大幅度缩小反应器的体积，增大反应比表面积，而且可以保证装置在低能耗功率下安全稳定运行，降低设备制备和运行成本，有利于工业化生产。
技术实现思路
1、基于现有环己烷氧化技术存在的问题，本专利技术申请人提供了一种光-等离子体协同强化催化氧化环己烷制备ka油的装置和方法。本专利技术装置将光场和等离子体耦合，设计漩涡式绝缘反应通道，同时进行纳米催化剂合成和环己烷氧化反应。在光场和等离子体的协同作用下，实现纳米催化剂的原位生成，产生大量光子、高能电子和氧化活性物质，活化激发环己烷为环己基自由基，从而氧化生成环己醇和环己酮，能够实现反应步骤简化、反应成本降低、反应安全性提高等优点。
2、本专利技术的技术方案如下：
3、一种制备ka油的装置，所述装置包括氩气钢瓶1、氧气钢瓶2、质量流量控制器3、注射泵4、三通阀5、等离子体-光场发生装置6、示波器7、交流电源8、接地电极9、收集器10、冰水槽11和通风橱12；所述等离子体-光场发生装置6的一端与三通阀5第一阀门连接，另一端与产物收集器10连接，收集器10浸没在冰水槽11中便于收集产物，收集器10和冰水槽11置于通风橱12中；所述三通阀6的第二阀门分别通过质量流量控制器3连接氩气钢瓶1和氧气钢瓶2，第三阀门连接注射泵4；注射泵4共两个，二者并联，其中一个用来输送催化剂前驱体溶液，另一个用来输送环己烷反应液。
4、所述等离子体-光场发生装置6为三层透明箱体结构，下底层13-1和上顶层13-2置有光源发射装置，可产生不同光照强度的可见光光源；中间层14设置漩涡型绝缘反应通道15，中间层14的底板和顶板为透明绝缘玻璃板，靠近光源一侧分别贴有导电薄膜；其中底板的导电薄膜连接交流电源8，顶板的导电薄膜连接接地地极9，交流电源8与示波器相连
5、进一步的，所述等离子体-光场发生装置6的上顶层13-2和下底层13-1高为4～6cm，长×宽为11×11～16×16cm。
6、进一步的，所述等离子体-光场发生装置6的中间层14高为2～6mm，长×宽为11×11～16×16cm；光源可以透过中间层14的上下导电玻璃板照射进中间层14。
7、进一步的，所述漩涡型绝缘反应通道15内部宽度为0.1～2mm，内部空心通道长度为3～6m，反应通道的材质为玻璃、石英、陶瓷中的一种。
8、进一步的，中间层14的上下两导电薄膜与电源正负极相连，可形成闭合回路，在漩涡型绝缘通道15中产生等离子体场。
9、一种制备ka油的方法，所述方法采用权利要求1-5任一所述的装置完成，耦合了光场和等离子体场，实现等离子催化剂和环己烷氧化在时间和空间上的连续可控发生，制备步骤如下：
10、(1)打开下底层13-1和上顶层13-2中的光源，设定光照强度为200～600mw/cm-2，提供稳定照射光；
11、(2)配置贵金属离子和非金属材料的前驱体悬浊液：以去离子水为溶剂，将贵金属材料和非金属材料加入去离子水中，超声分散均匀后将前驱体悬浊液置于注射器中待用；前驱体悬浊液中贵金属离子和非金属材料的浓度分别为0.05～5mmol/l、0.1～4mg/ml；
12、(3)打开氩气钢瓶1和氧气钢瓶2，通过质量流量控制器3设定氩气和氧气的流量，其中，氩气速率为100～200sccm，氧气速率为1～10sccm；
13、(4)通过三通阀5在漩涡型绝缘反应通道15内通入一段时间的气体，排出管路和反应通道里面的杂质气体；
14、(5)分别将装有环己烷与前驱体悬浊液的注射器置于两个注射泵4上，与三通阀5连接，在注射泵4上设定环己烷溶液进入通道的速率为0.1～1ml/min，前驱体悬浊液的速率为1～3ml/min；
15、(6)打开前驱体悬浊液的注射泵，前驱体悬浊液以设定速率进入漩涡型绝缘反应通道15中，待反应通道的气液两相状态平衡，开启交流电源8，设定等离子体电压为10～40v，以击穿氩气产生等离子体，将贵金属溶液还原为贵金属纳米颗粒本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种制备KA油的装置，其特征在于，所述装置包括氩气钢瓶(1)、氧气钢瓶(2)、质量流量控制器(3)、注射泵(4)、三通阀(5)、等离子体-光场发生装置(6)、示波器(7)、交流电源(8)、接地电极(9)、收集器(10)、冰水槽(11)和通风橱(12)；所述等离子体-光场发生装置(6)的一端与三通阀(5)第一阀门连接，另一端与产物收集器(10)连接，收集器(10)浸没在冰水槽(11)中便于收集产物，收集器(10)和冰水槽(11)置于通风橱(12)中；所述三通阀(5)的第二阀门分别通过质量流量控制器(3)连接氩气钢瓶(1)和氧气钢瓶(2)，第三阀门连接注射泵(4)；注射泵(4)共两个，二者并联，其中一个用来输送催化剂前驱体溶液，另一个用来输送环己烷反应液；
2.根据权利要求1所述的一种制备KA油的装置，其特征在于，所述等离子体-光场发生装置(6)的上顶层(13-2)和下底层(13-1)高为4～6cm，长×宽为11×11～16×16cm。
3.根据权利要求1所述的一种制备KA油的装置，其特征在于，所述等离子体-光场发生装置(6)的中间层(14)高为2～6mm
4.根据权利要求1所述的一种制备KA油的装置，其特征在于，所述漩涡型绝缘反应通道(15)内部宽度为0.1～2mm，内部空心通道长度为3～6m，反应通道的材质为玻璃、石英、陶瓷中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种制备KA油的装置，其特征在于，中间层(14)的上下两导电薄膜与电源正负极相连，可形成闭合回路，在漩涡型绝缘通道(15)中产生等离子体场。
6.一种制备KA油的方法，其特征在于，所述方法采用权利要求1-5任一所述的装置完成，耦合了光场和等离子体场，实现等离子催化剂和环己烷氧化在时间和空间上的连续可控发生，制备步骤如下：
7.根据权利要求6所述的一种制备KA油的方法，其特征在于，所述等离子体催化剂为金纳米颗粒、银纳米颗粒、铂纳米颗粒、钯纳米颗粒中的一种或两种以上混合，所述的非金属材料用于作催化剂载体，为介电纳米材料，具体为二氧化硅、二氧化钛、三氧化二铝、石墨烯、碳纳米管中的一种。
8.根据权利要求6所述的一种制备KA油的方法，其特征在于，等离子体催化剂能够实现在反应通道内原位生成，无需进行过滤干燥预处理，与环己烷氧化反应同时进行。
9.根据权利要求6所述的一种制备KA油的方法，其特征在于，反应条件常温常压，反应时间为5～15min。
10.根据权利要求6所述的一种制备KA油的方法，其特征在于，环己烷的转化率9～20％，环己酮和环己醇的总选择性89-98％。
...【技术特征摘要】
1.一种制备ka油的装置，其特征在于，所述装置包括氩气钢瓶(1)、氧气钢瓶(2)、质量流量控制器(3)、注射泵(4)、三通阀(5)、等离子体-光场发生装置(6)、示波器(7)、交流电源(8)、接地电极(9)、收集器(10)、冰水槽(11)和通风橱(12)；所述等离子体-光场发生装置(6)的一端与三通阀(5)第一阀门连接，另一端与产物收集器(10)连接，收集器(10)浸没在冰水槽(11)中便于收集产物，收集器(10)和冰水槽(11)置于通风橱(12)中；所述三通阀(5)的第二阀门分别通过质量流量控制器(3)连接氩气钢瓶(1)和氧气钢瓶(2)，第三阀门连接注射泵(4)；注射泵(4)共两个，二者并联，其中一个用来输送催化剂前驱体溶液，另一个用来输送环己烷反应液；
2.根据权利要求1所述的一种制备ka油的装置，其特征在于，所述等离子体-光场发生装置(6)的上顶层(13-2)和下底层(13-1)高为4～6cm，长×宽为11×11～16×16cm。
3.根据权利要求1所述的一种制备ka油的装置，其特征在于，所述等离子体-光场发生装置(6)的中间层(14)高为2～6mm，长×宽为11×11～16×16cm；光源可以透过中间层(14)的上下透明玻璃板照射进中间层(14)。
4.根据权利要求1所述的一种制备ka油的装置，其特征在于，所述漩涡型绝缘...
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