一种用于结合苛刻条件下多相催化反应与固体核磁共振样品制备的反应器

本发明涉及一种用于结合苛刻条件下多相催化反应与固体核磁共振样品制备的反应器。该反应器既能用于样品的真空脱水处理，又可用于多相催化中高温高压反应条件下的催化剂样品的制备与性能测试，实现对催化反应与固体核磁共振研究的结合，属于多相催化以及固体核磁共振波谱表征领域。

背景技术：

1、多相催化在现代化工生产中占有举足轻重的地位。为了探索反应机理从而指导高效催化剂的研发和工艺流程的优化，研究人员需要借助合适的分析方法对催化反应过程进行细致研究：如检测反应中间体；观察催化剂的活性位点结构变化；探测催化剂与客体分子的相互作用，从而实现在分子/原子水平上理解反应的动态过程。

2、固体核磁共振波谱在多相催化反应机理的研究中已得到广泛应用，目前文献报道的主要研究方法有：

3、1.将样品首先在石英玻璃管中进行真空脱附处理，然后吸附气体分子进行反应，随后关闭活塞，密封后转移至手套箱中进行装样。这种方法操作简单，但是只能在较低压力(0.01kpa～1mpa)进行间歇式反应。

4、2.将固体样品预先装入小玻璃管中预处理(真空脱水，吸附反应气体等)，随后将玻璃管一端放在液氮中，另一端用火焰将细玻璃管封住后装入核磁管中。但是由于样品需要高速旋转，对安瓿瓶封装的强度和均一性要求较高，气氛的压力不能太高且难以控制，核磁共振实验的危险性较高。

5、3.采用商业化原位流动转子，其中该设备由一个bruker 7mm转子和一个通过帽子上的孔插入转子的小管组成，再用特制的装样工具，将催化剂压成空心圆柱体。气体通过小管注入旋转的转子内，再经帽子中的环形间隙流出，从而实现在反应条件下观测物种变化。但是，该装置不适用于带压的反应条件。

技术实现思路

1、为克服现有技术的不足，本发明提供一种用于结合多相催化反应与固体核磁共振样品制备的反应器，可适用于宽温区高真空条件下处理样品(如脱水，吸附，氧化，还原等)，又能在苛刻反应条件(如300℃～500℃和3mpa～4mpa)下制备样品和同时完成催化性能的评价。该装置适用于多种固体样品，且操作方法简单。

2、本发明技术解决方案：一种用于结合苛刻条件下多相催化反应与固体核磁共振样品制备的反应器，包括：反应器主体，两套vcr组件，两个两通阀门，所述反应器主体的两端分别连接vcr组件的一端，所述vcr组件的另一端再连接两通阀门，实现体系的密封与样品转移。

3、所述反应器主体为一根内部中空的u型圆柱体金属管，所述u型圆柱体金属管的进气口一侧为金属管ⅰ，出气口一侧为金属管ⅱ，所述金属管ⅰ与金属管ⅱ固定连接形成u型金属管。

4、所述反应器采用vcr组件实现体系密封。

5、基于以上技术方案，优选的，所述u型金属管的外部设有金属托盘，所述金属托盘用于固定金属管ⅰ与金属管ⅱ。

6、基于以上技术方案，优选的，所述金属托盘设有三个通孔，其中两个通孔用于固定u型金属管，另一个通孔用于插入热电偶。所述金属管ⅰ、金属管ⅱ、热电偶穿过通孔，用于固定金属管ⅰ、金属管ⅱ和热电偶。

7、基于以上技术方案，优选的，所述金属托盘为金属铝托，所述金属铝托为圆形金属铝托。

8、基于以上技术方案，优选的，所述热电偶位于金属管ⅰ和金属管ⅱ之间。

9、基于以上技术方案，优选的，所述金属管ⅰ与金属管ⅱ采用焊接方式连接。

10、基于以上技术方案，优选的，所述金属管ⅰ的外径大于金属管ⅱ，所述金属管ⅰ的外径6mm～8mm，所述金属管ⅱ的外径2mm～3mm。

11、基于以上技术方案，优选的，所述金属管ⅰ与金属管ⅱ的间距5～6mm。

12、基于以上技术方案，优选的，所述u型金属管为u型钢管或u型钛管。

13、基于以上技术方案，优选的，所述两通阀门为两通球阀。

14、基于以上技术方案，优选的，所述vcr组件包括内螺纹螺母、短接管、金属垫片、外螺纹螺母、长接管五部分；所述长接管与内螺纹螺母相连，所述内螺纹螺母与外螺纹螺母螺纹连接，所述内螺纹螺母与外螺纹螺母之间设置有金属垫片，所述外螺纹螺母与短接管相连，所述短接管与两通阀门相连，所述长接管与反应器主体相连。内螺纹螺母、外螺纹螺母通过互锁来压迫金属垫片，使金属垫片产生一定形变，再关闭两通球阀，从而达到体系的密封与样品转移。

15、基于以上技术方案，优选的，所述vcr组件均为不锈钢材质。

16、基于以上技术方案，优选的，所述vcr组件的长接管与反应器主体焊接，所述长接管与内螺纹螺母插拔连接，通过长接管将内螺纹螺母通过与反应器主体相连，所述外螺纹螺母与短接管插拔连接，所述短接管与两通阀门卡套连接，通过短接管将外螺纹螺母与两通阀门连接。

17、基于以上技术方案，优选的，所述u型金属管的两端分别连接vcr组件的长接管，与金属管ⅰ相连接的长接管的内径大于与金属管ⅱ相连的长接管。

18、基于以上技术方案，优选的，与金属管ⅰ相连接的vcr组件中还设置有钢管ⅲ，所述钢管ⅲ位于短接管与两通阀门之间。

19、基于以上技术方案，优选的，所述钢管ⅲ与短接管焊接，所述钢管ⅲ与两通阀门卡套连接。

20、所述两套vcr组件分别为1/4vcr组件和1/8vcr组件，两个两通球阀分别为两通球阀ⅰ和两通球阀ⅱ。所述1/4vcr组件包括1/4vcr长接管和1/4vcr短接管，所述1/8vcr组件包括1/8vcr长接管和1/8vcr短接管。

21、基于以上技术方案，优选的，所述与金属管ⅰ相连接的长接管为1/4vcr长接管，所述与金属管ⅱ相连接的长接管为1/8vcr长接管。

22、基于以上技术方案，优选的，所述圆形铝托的侧面设有用于插入螺丝的孔，可通过插入的螺丝固定圆形铝托。

23、本发明的反应器既能满足各温度区间高真空密封条件下对样品进行处理，又可用于多相催化中高温、高压反应条件下的催化剂样品的性能测试与液氮猝冷制备固体核磁共振样品。实现了固体核磁共振表征与催化反应相结合，探究反应中催化剂、反应物、中间体以及产物随反应进程的变化，从而揭示催化反应的机理。

24、本发明与现有技术相比的优点在于：

25、(1)本发明的反应器采用vcr组件，洁净度高，密封性好，拆卸简单，便于安装。

26、(2)本发明中的反应器采用两种外径的钢管焊接，减小了密封空间的死体积，可以节约处理气体。

27、(3)本发明的反应器可在高温高压条件下保持体系密闭，实现了高温高压化学反应的固体核磁共振研究。

28、(4)本发明的反应器可与气相色谱和质谱检测器相连，可以在处理样品的同时进行催化性能测试。

29、(5)本发明的反应器也可与真空系统相连，可以对样品进行脱水脱气再吸附气体分子等处理。

30、(6)本发明的反应器与现有的常规固体核磁共振谱仪配套的3.2mm转子相容，可以将其直接放置于反应器中，实现样品的原位处理。

技术特征：

1.一种用于多相催化反应与固体核磁共振样品制备的反应器，其特征在于，包括：反应器主体、vcr组件、两通阀门，所述反应器主体的两端分别连接vcr组件的一端，所述vcr组件的另一端再连接两通阀门；所述反应器主体为内部中空的u型金属管，所述u型金属管的进气口一侧为金属管ⅰ，出气口一侧为金属管ⅱ，所述金属管ⅰ与金属管ⅱ连接形成u型金属管。

2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于：所述金属管ⅰ与金属管ⅱ采用焊接方式连接。

3.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于：所述u型金属管的外部设有金属托盘，通过放置金属托盘来固定金属管ⅰ与金属管ⅱ。

4.根据权利要求3所述的反应器，其特征在于：所述金属托盘设置有三个通孔，其中两个通孔用于固定u型金属管，另一个通孔用于插入热电偶。

5.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于：所述vcr组件包括内螺纹螺母、短接管、金属垫片、外螺纹螺母和长接管；所述长接管与内螺纹螺母相连，所述内螺纹螺母与外螺纹螺母螺纹连接，所述内螺纹螺母与外螺纹螺母之间设置有金属垫片，所述外螺纹螺母与短接管相连，所述短接管与两通阀门相连，所述长接管与反应器主体相连。

6.根据权利要求5所述的反应器，其特征在于：与金属管ⅰ相连接的vcr组件中还设置有钢管ⅲ，所述钢管ⅲ位于短接管与两通阀门之间。

7.根据权利要求5所述的反应器，其特征在于：所述vcr组件的长接管与反应器主体焊接，所述长接管与内螺纹螺母插拔连接，所述外螺纹螺母与短接管插拔连接，所述短接管与两通阀门卡套连接。

8.根据权利要求1或5所述的反应器，其特征在于：所述金属管ⅰ的外径大于金属管ⅱ，所述u型金属管的两端分别连接vcr组件的长接管，与金属管ⅰ相连接的长接管的内径大于与金属管ⅱ相连接的长接管。

9.根据权利要求1或8所述的反应器，其特征在于：所述金属管ⅰ的外径6～8mm，所述金属管ⅱ的外径2mm～3mm；所述金属管ⅰ与金属管ⅱ的间距5～6mm。

10.根据权利要求1或3或所述的反应器，其特征在于：所述u型金属管为u型钢管或u型钛管；所述两通阀门为两通球阀；所述金属托盘为金属铝托。

技术总结
本发明涉及一种用于结合苛刻条件下多相催化反应与固体核磁共振样品制备的反应器。所述反应器包括：反应器主体、VCR组件、两通阀门，反应器主体的两端分别连接VCR组件的一端，VCR组件的另一端再连接两通阀门，通过VCR组件的内外螺母互锁来压迫金属垫片，再关闭两通球阀，从而达到体系的密封与样品转移。该反应器既能满足各温度区间高真空密封条件下对样品进行处理，又可用于多相催化中高温、高压反应条件下的催化剂样品的性能测试与液氮猝冷制备固体核磁共振样品。实现了固体核磁共振表征与催化反应相结合，探究反应中催化剂、反应物、中间体以及产物随反应进程的变化，从而揭示催化反应的机理。

技术研发人员：侯广进,陈虹余,高攀,纪毅,刘宪春
受保护的技术使用者：中国科学院大连化学物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/4/7