新结构膜分离与反应耦合机制及过程强化-东篱科研大数据发现系统（DRDS）

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新结构膜分离与反应耦合机制及过程强化

项目名称：新结构膜分离与反应耦合机制及过程强化
项目类别：重大项目
批准号：20990222
申请代码：B06
项目来源：国家自然科学基金
研究期限：2010-01-01-2013-12-31

项目负责人：金万勤
负责人职称：教授
依托单位：南京工业大学
批准年度：2009

中文摘要：

本项目以具有自主知识产权的反应－陶瓷膜分离耦合技术为基础，以超细TS-1分子筛上苯酚羟基化反应和TS-1分子筛催化丙酮氨氧化反应为研究对象，在膜与膜组件设计的基础上构建新型结构管式膜反应器。通过将膜（微通道）技术引入到典型有机化工关键过程中强化分散相的形成，运用化学工程的理论和方法及材料科学与技术，研究膜分离与反应过程耦合体系中的膜材料和膜反应器结构以及耦合过程的协调机理，建立材料结构－过程应用性能之间的构效关系，发展非均相反应体系传递与反应过程的协同调控方法，形成反应与膜分离过程耦合强化基础理论，指导实现苯酚、丙酮催化氧化膜分离与反应耦合新工艺的工业化应用，实现多相催化反应过程连续化，提高生产效率，达到节能降耗目标。

中文主题词：反应-膜分离耦合；过程强化；陶瓷膜；分散；分离

英文摘要：

Reaction-membrane separation；Process intensification；Ceramic membrane；Dispersion；Separation

英文主题词： Reaction-membrane separation；Process intensification；Ceramic membrane；Dispersion；Separation

结论摘要：

本课题以有机化工“官能化”反应中的氧化体系为研究背景，为了同时实现反应选择性的提高和催化剂的原位分离，提出了新结构双管式陶瓷膜反应器，其中膜分布器用来控制原料的输入方式和输入浓度，使反应物料的均匀分布，从而提高反应选择性；膜分离器控制催化剂与产品的分离，实现超细纳米催化剂的原位分离与过程的连续运行。重点研究了基于膜分布器的分散相形成规律及强化技术、具有自主知识产权的新型膜材料的设计与制备以及膜反应器构型与效用之间的关系。提出一种基于多孔陶瓷膜的反应强化新方法，以多孔陶瓷膜作为分散介质，在压力差作用下，将透过膜的分散相减小到微纳尺度，从而实现快速高效的分散混合，达到强化相间传质，提高产物选择性的目的。从膜材料开发、膜制备技术和氧分离器的设计三方面进行研究，开发了一种中低温高性能氧分离膜材料、提出了一种超薄氧分离膜的制备方法及设计出一种新型一体式氧分离器，可为氧化反应过程动态提供纯氧；此外，为了解决传统功能膜无法根据环境因素的变化自律式地调节其渗透性能及抗污染能力的问题，进行了具有仿生特性的环境响应型智能膜材料设计和制备的初步探索。设计并构建了两类新结构双管式陶瓷膜反应器，建立了基于流体计算力学模拟的膜反应器设计方法，研究了催化反应与膜分离过程的协调机理，实现了陶瓷膜反应器的连续稳定高效运行。课题执行期间，获国家科技进步二等奖1项，教育部自然科学奖二等奖1项，在AIChE J.、Ind. Eng. Chem. Res.、J. Membr. Sci.、Adv. Funct. Mater.等化工和材料领域国际权威期刊上发表论文38篇，其中30篇论文被SCI收录，论文被引用230余次；出版专著2部，参编著作1部; 申请发明专利8项，获授权发明专利11项，其中获授权美国发明专利1项；培养研究生28人，其中毕业博士6名，硕士13名。

成果综合统计