饱和烃类化合物的选择性氧化一直是化学化工界学术和工业研究的热点问题。饱和烃类化合物尤其是低级烷烃化学性质极不活泼,若要将其转化为可利用的化工产品或原料,必须使用更为苛刻的反应条件。这样就不可避免地增加了副反应的发生,原子经济性差,同时能源消耗大,不仅造成环境污染和资源浪费,而且使生产成本大幅上升。气相氧化工艺具有较高的转化率,单位体积反应器的生产能力高,适于大规模连续生产反应过程等优点,是未来重要的发展方向。金属卟啉由于其优异的催化性能被广泛地应用于碳氢化合物的催化氧化体系中,在烷烃氧化、烯烃环氧化等领域均取得了很大的进展。同时还报道了分子筛固载金属卟啉在液相反应体系中的研究,金属卟啉表现出了较好的催化性能和稳定性,这给金属卟啉的应用提供了新的研究思路。本课题首次尝试将分子筛固载金属卟啉催化剂应用在烷烃的气相催化氧化中,以环己烷为模型底物,建立起烷烃气相仿生催化氧化的新模型体系,探索金属卟啉在气相催化氧化体系中应用的可行性。本文主要研究工作如下:1,建立了分子筛固载金属卟啉气相催化氧化环己烷反应产物的气相分离分析方法。通过GC-MS和GC对环己烷、环己烯、戊醛、环己醇和环己酮进行了定性定量分析;2,介绍了用于气固反应的仿生催化管式反应器装置的概念和流程设计理念,并结合本实验的需要对其进行了相应的调试和改进;3,合成了四苯基金属卟啉(钴、铁、锰)和对氯四苯基金属卟啉(钴、铁、锰),将六种金属卟啉分别固载在13X分子筛上,应用于气相催化空气氧化环己烷反应。在对反应体系进行初步摸索和优化之后,对这些金属卟啉/13X催化剂进行了比较和筛选,在TPPCo/13X催化作用下,具有较高的环己烷的转化率和较好的醇酮醛的选择性;合成了介孔分子筛Al-MCM-41,将钴四苯基卟啉固载在Al-MCM-41上,对TPPCo/13X催化剂和TPPCo/ Al-MCM-41催化剂催化环己烷地催化性能进行了比较;4,以优选的TPPCo/13X为催化剂,探讨了工艺条件反应温度、环己烷/O2摩尔比以及反应空速(包括催化剂量和气体流速两方面)等因素对气相催化空气氧化环己烷反应的影响,在压力为1.5 MPa,反应温度265℃,空气流速50SCCM,环己烷进料速度0.066 mL/min,TPPCo/13X催化剂1.5 g时,环己烷的转化率为7.4%,醇酮醛的选择性为87.5%。并考察了催化剂的稳定性,在优化的条件下连续反应10 h,环己烷的转化率从平衡时的7.4%变化到6.9%,各产物的选择性变化不大,可以认为催化剂在该体系中能较长的时间里仍保持一定的稳定性和活性。最后,结合各实验数据和现象,初步分析了主要氧化产物的可能生成路线。建立了金属卟啉作用下气相氧化环己烷的仿生催化新体系。综上所述,本文建立了分子筛固载金属卟啉仿生催化气相氧化环己烷新体系,研究了催化剂以及反应条件对催化作用的影响。分子筛固载金属卟啉气相催化氧化烃类化合物的研究与液相催化体系形成互补,大大拓展了金属卟啉在碳氢化合物催化氧化上的应用范围。这对丰富仿生催化的内涵,拓展其理论和应用研究领域具有重要的意义。