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甲醇和二甲醚是重要的有机化工原料,广泛的应用于生产和生活中。目前,工业上主要是通过合成气法制取甲醇和二甲醚,但催化重整制合成气反应温度高,能耗大,二氧化碳排放量高。我们课题组在自主开发的光反应釜中,把甲烷转化为溴甲烷和二溴甲烷,并将其代替合成气制备相应的化学品。本文的研究内容是这项研究的一部分,重点研究溴甲烷催化水解制甲醇和二甲醚。基于前期的研究结果,本文对制备的出两种综合性能优良的CuO/SiO2-γ-Al2O3和ZnO/SiO2-γ-Al2O3催化剂及其催化溴甲烷水解反应进行了系统的研究,取得了令人满意的结果,现分述如下：首先以溶胶凝胶法制备了CuO/SiO2-γ-Al2O3负载型催化剂。采用BET、DTG、 XRD、SEM、XPS等现代技术分析了反应前后催化剂的组成、形貌、结构进行了表征。在自制固定反应器上,考察了载体的类型、硅铝比、负载量对催化效果的影响。研究表明负载型催化剂的活性显著,氧化铜负载的质量在50%时催化效果最好。在优化的反应条件下,以50wt%-CuO/SiO2-γ-Al2O3(2.5wt%Al2O3)为催化剂,反应温度为170℃,H2O/CH3Br摩尔比为0.9, V (CH3Br)=8ml/min,溴甲烷的转化率为99.3%,二氧化碳、二甲醚和甲醇的选择性分别为14.4%、52%和34%。同时,采用现代技术分析了反应前后催化剂的组成、形貌、结构和催化剂失活的原因,得到了一些有益的结论。其次,为降低以氧化铜做催化剂时产物中二氧化碳的选择性,考虑在氧化铜的基础上掺入另一种主族金属氧化物、稀土金属氧化物和第一第二过渡金属氧化物。研究结果表明,掺入氧化锌的催化剂表现出较好的降低二氧化碳选择性的能力,且溴甲烷的转化率下降不明显。为寻找高效催化剂,以溶胶凝胶法制备的ZnO/SiO2-γ-Al2O3为催化剂,分别对氧化锌的负载量、焙烧时间、焙烧温度等制备工艺进行了研究。在优化的反应条件下,以20wt%-ZnO/SiO2-γ-Al2O3 (2.5wt%Al2O3)为催化剂,反应温度为170℃,H2O/CH3Br摩尔比为1.2,V(CH3Br) =9ml/min,溴甲烷的转化率为88.4%,二甲醚和甲醇的选择性分别为67.4%和32.6%。无二氧化碳产生,这意味着原料得到了完全充分的利用。此外,结合DTG测试分析,确定了催化剂回收条件,实现了单质溴的回收和催化剂的再生。最后依据我们的研究结论和文献报道的结果探讨了以CuO/SiO2-γ-Al2O3和ZnO/SiO2-γ-Al2O3为催化剂催化溴甲烷水解制甲醇和二甲醚的反应历程。综上所述,本文确实制备了两种综合性能优良的CuO/SiO2-γ-Al2O3和 ZnO/SiO2-γ-Al2O3催化剂,能够在较低的反应温度、常压下制备甲醇和二甲醚,整个制备工艺具有能耗低、原料利用率高,环境友好等优点。