一种使用伽马射线作为外加能源转化烷烃的方法

摘要

本发明公开了一种使用伽马射线作为外加能源转化烷烃的方法，属于化工领域。具体为以伽马射线作为外加能源，使烷烃进行自由基反应，得到液态和/或气态产物。本发明首次以伽马射线作为外加能源，实现了烷烃的高效转化。上述方法能源消耗低，烷烃的转化率高，能得到高选择性的以羧酸为主的液态含氧化合物，反应具有操作简单、条件温和、成本低等优点。

权利要求

1.一种使用伽马射线作为外加能源转化烷烃的方法，其特征在于，以伽马射线作为外加能源，使烷烃进行自由基反应，得到液态和/或气态产物；

所述反应的压力为0.1 2 Mpa；

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所述自由基反应还添加水和/或氧气作为反应原料，得到的液态产物包括甲醛、乙酸、丙酮、叔丁醇中的一种或多种，气态产物包括CO、CO2、乙烷、乙烯中的一种或多种；

或者所述自由基反应还添加水和二氧化碳作为反应原料，得到的液态产物包括甲酸、乙酸、丙酮、丙酸、丙二酸、异丁酸、2‑甲基戊酸中的一种或多种，气态产物包括CO、乙烷、丁烷中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的使用伽马射线作为外加能源转化烷烃的方法，其特征在于，当自由基反应添加水和/或氧气作为反应原料时，所述水是烷烃体积的0 17.5倍。

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3.根据权利要求1所述的使用伽马射线作为外加能源转化烷烃的方法，其特征在于，当自由基反应添加水和二氧化碳作为反应原料时，所述水是烷烃体积的0 55倍。

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4.根据权利要求1所述的使用伽马射线作为外加能源转化烷烃的方法，其特征在于，所述氧气是烷烃体积的0 1倍。

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5.根据权利要求1所述的使用伽马射线作为外加能源转化烷烃的方法，其特征在于，所述二氧化碳是烷烃体积的0.025 1倍。

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6.根据权利要求1所述的使用伽马射线作为外加能源转化烷烃的方法，其特征在于，所述自由基反应在平衡气体存在的条件下进行；

所述平衡气体选自保护性气体；

所述平衡气体和烷烃的体积比为（84 92）：8。

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7.根据权利要求1所述的使用伽马射线作为外加能源转化烷烃的方法，其特征在于，所述自由基反应还添加有固体颗粒；

所述固体颗粒选自SiO2、Fe2O3、MgSiO3、氧化石墨烯中的一种或多种。

8.根据权利要求7所述的使用伽马射线作为外加能源转化烷烃的方法，其特征在于，所述固体颗粒和烷烃的比例为100 500 mg:4 mL。

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9.根据权利要求1 8任一项所述的使用伽马射线作为外加能源转化烷烃的方法，其特~征在于，所述自由基反应的时间为2 16 h；

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所述自由基反应的温度为20 30℃。

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10.根据权利要求1 8任一项所述的使用伽马射线作为外加能源转化烷烃的方法，其特~征在于，所述伽马射线为通过钴源辐照获得；

所述钴源的剂量率为34.4 63.6 Gy/min。

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说明书

一种使用伽马射线作为外加能源转化烷烃的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及化工领域，尤其涉及一种使用伽马射线作为外加能源转化烷烃的方法。

背景技术

[0002] 烷烃是重要的化石燃料之一，是石油和天然气等石化资源的主要成分，不仅作为当今广泛使用的化工原料和能源物资，也是生产高价值化学品的重要组成部分。

[0003] 由于烷烃资源丰富且价格低廉，利用烷烃生产高附加值的化学品引起了研究人员广泛的兴趣。但是，由于烷烃中只含有C‑C单键和C‑H单键，这两种键的强度都很大，而且碳和氢的电负性相差很小，所以C‑H键极性很小。因此，相对于其他有机物来说，烷烃离子型试剂有相当大的化学稳定性，在一般情况下，烷烃与大多数试剂如强酸、强碱、强氧化剂等都不起反应。只有在一定条件下，如在高温或有催化剂存在时，烷烃才可以和一些试剂作用。

[0004] 其中，甲烷分子是规则的四面体结构，C‑H键的平均解离能为440kJ/mol，其化学性质相对稳定，电子亲和性和极化率极低，因此，通常都需要外加能量作为第一步帮助甲烷的转化。高温活化甲烷在工业上已经被广泛应用。通过甲烷蒸汽重整和费托合成可以将甲烷间接转化为碳氢产物，但是这一过程会导致高能耗和温室气体(尤其是CO2)排放，反应条件比较苛刻。近些年来，利用光能替代传统的热能来驱动甲烷转化反应也被广泛研究，但是在可见光下低的量子效率导致太阳能利用率低，且太阳能穿透力非常弱，这对于反应器的设计提出了特殊的要求，限制了光催化的应用。负载型贵金属催化剂活化甲烷能获得较高收率但产物选择性低，且这些金属价格昂贵，这严格地限制了其在CH4转化中的进一步应用。

[0005] 因此，烷烃在合成化学上利用率极低，主要作为燃料使用。近年来，研究人员发现，在绿色温和的条件下，烷烃一步转化制酸的方法由于原子经济效益和产物附加值高而意义重大。因此，研究开发出简单高效的烷烃一步转化制酸的反应方法至关重要。

发明内容

[0006] 有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种使用伽马射线作为外加能源转化烷烃的方法，使得烷烃的转化率高、反应产物中液态含氧化合物羧酸的选择性高。

[0007] 本发明提供了一种使用伽马射线作为外加能源转化烷烃的方法，以伽马射线作为外加能源，使烷烃进行自由基反应，得到液态和/或气态产物。

[0008] 优选的，所述自由基反应还添加了水和/或氧气作为反应原料。

[0009] 优选的，所述水是烷烃体积的0～17.5倍。

[0010] 优选的，所述氧气是烷烃体积的0～1倍。

[0011] 优选的，所述自由基反应在平衡气体存在的条件下进行。

[0012] 优选的，所述平衡气体选自保护性气体。

[0013] 优选的，所述平衡气体和烷烃的体积比为(84～92)：8。

[0014] 优选的，所述自由基反应还添加有固体颗粒。

[0015] 优选的，所述固体颗粒选自SiO2、Fe2O3、MgSiO3、氧化石墨烯中的一种或多种。

[0016] 优选的，所述固体颗粒和烷烃的比例为100～500mg:4mL。

[0017] 优选的，所述液态产物包括甲醛、乙酸、丙酮、叔丁醇中的一种或多种，所述气态产物包括CO、CO2、乙烷、乙烯中的一种或多种。

[0018] 优选的，所述自由基反应还添加了水和二氧化碳作为反应原料。

[0019] 优选的，所述二氧化碳是烷烃体积的0.025～1倍。

[0020] 优选的，所述水是烷烃体积的0～55倍。

[0021] 优选的，所述液态产物包括甲酸、乙酸、丙酮、丙酸、丙二酸、异丁酸、2‑甲基戊酸中的一种或多种，所述气态产物包括CO、乙烷、丁烷中的一种或多种。

[0022] 优选的，所述反应的压力为0.1～2Mpa。

[0023] 优选的，所述反应的时间为2～16h。

[0024] 优选的，所述反应的温度为20～30℃。

[0025] 优选的，所述伽马射线为通过钴源辐照获得。

[0026] 优选的，所述钴源的剂量率为34.4～63.6Gy/min。

[0027] 与现有技术相比，本发明提供了一种使用伽马射线作为外加能源转化烷烃的方法，首次以伽马射线作为外加能源，使烷烃进行自由基反应，得到液态和/或气态产物。本发明采用伽马射线作为外加能源，实现了烷烃的高效转化。在本发明提供的使用伽马射线作为外加能源转化烷烃的反应体系中可以加入固体颗粒，提高烷烃的转化率和以羧酸为主的液态含氧化合物的选择性。另外，在本发明提供的反应体系中也可以加入二氧化碳作为反应原料，进一步提高液态含氧化合物羧酸的选择性，从而实现烷烃的高选择性的一步转化制酸。上述方法能源消耗低，烷烃的转化率高，能得到高选择性的液态含氧化合物羧酸。反应具有操作简单、条件温和、成本低等优点。

附图说明

[0028] 为了更清楚地说明本发明实施例或技术方案，下面将对实施例或技术方案所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

[0029] 图1为本发明实施例1中不同体积比反应气(甲烷、氧气、平衡气体氩气)在伽马射线辐照下的反应性能测试图；

[0030] 图2为本发明实施例2中不同反应压力下的反应性能测试图；

[0031] 图3为本发明实施例3中不同反应时间下的反应性能测试图；

[0032] 图4为本发明实施例4中不同质量SiO2的反应性能测试图；

[0033] 图5为本发明实施例5中不同固体颗粒的反应性能测试图。

具体实施方式

[0034] 本发明提供了一种使用伽马射线作为外加能源转化烷烃的方法，以伽马射线作为外加能源，使烷烃进行自由基反应，得到液态和/或气态产物。

[0035] 本发明首次采用伽马射线作为外加能源，实现了烷烃的高效转化，并且得到了高选择性的以羧酸为主的液态含氧化合物。

[0036] 本发明中的烷烃优选为C1～C10的烷烃，更优选为C1～C6的烷烃，在本发明的一些具体实施例中所述烷烃为甲烷、乙烷、丙烷、丁烷，且均为普通市售产品。

[0037] 优选的，所述自由基反应还添加了水和/或氧气作为反应原料。

[0038] 优选的，所述水是烷烃体积的0～17.5倍。当反应体系中添加有水时，所述水是烷烃体积的0.125～17.5倍。优选的，所述氧气是烷烃体积的0～1倍。当反应体系中添加有氧气时，优选的，所述氧气是烷烃体积的0.25～1倍；更优选的，所述氧气是烷烃体积的0.25～0.5倍。

[0039] 优选的，所述自由基反应在平衡气体存在的条件下进行。

[0040] 优选的，所述平衡气体选自保护性气体。

[0041] 优选的，所述保护性气体选自氮气或惰性气体中的一种或多种。

[0042] 优选的，所述平衡气体和烷烃的体积比为(84～92)：8；更优选为(88～90)：8；进一步优选为88：8。

[0043] 本发明所述的平衡气体的作用是稀释甲烷和氧气的浓度，避免浓度过高引起甲烷和氧气的混合爆炸。

[0044] 当上述自由基反应原料为甲烷、水和氧气时，甲烷、水、氧气和平衡气体的体积比优选为8：(1～140)：(2～8)：(84～90)，更优选为8：(1～140)：(2～4)：(88～90)；进一步优选为8：140：4：88。在本发明的一些具体实施例中，所述比例为8：140：2：90或8：140：4：88或8：140：8：84。

[0045] 当上述自由基反应原料为甲烷和水时，甲烷、水和平衡气体的体积比优选为8：(1～140)：(84～92)；更优选为8：(1～140)：(88～90)；进一步优选为8：140：88。在本发明的一些具体实施例中，所述比例为8：140：92或8：140：90或8：140：88或8：140：84。

[0046] 当上述自由基反应原料为甲烷和氧气时，甲烷、氧气和平衡气体的体积比优选为8：(2～8)：(84～90)，更优选为8：(2～4)：(88～90)；进一步优选为8：4：88。在本发明的一些具体实施例中，所述比例为8：2：90或8：4：88或8：8：84。

[0047] 本发明通过调节上述甲烷、水、氧气和平衡气体氩气的体积范围，进而调节烷烃的转化率和产物分布，提高反应的催化活性及液态产物羧酸的选择性。

[0048] 优选的，所述甲烷、氧气和平衡气体氩气的混合反应气的流速为10～50mL/min；更优选为50mL/min。

[0049] 本发明优选的，在上述自由基反应还添加有固体颗粒，进一步提高烷烃转化的活性和产物分布的选择性。

[0050] 优选的，所述固体颗粒选自SiO2、Fe2O3、MgSiO3、氧化石墨烯中的一种或多种。

[0051] 优选的，所述固体颗粒和烷烃的比例为100～500mg:4mL。本发明具体实施例中固体颗粒为100～500mg，具体为100mg、200mg、300mg、400mg、500mg。

[0052] 优选的，所述液态产物包括甲醛、乙酸、丙酮、叔丁醇中的一种或多种，所述气态产物包括CO、CO2、乙烷、乙烯中的一种或多种。

[0053] 优选的，上述自由基反应的压力为0.1～2Mpa，更优选为0.5～1Mpa，进一步优选为1Mpa。具体的，在实施例中，反应压力为0.1Mpa、0.5Mpa、1Mpa、1.5Mpa、2Mpa。反应加压是为了加快甲烷在水中的溶解，提高甲烷的活化效率，促进自由基反应。

[0054] 优选的，上述自由基反应时间为2～16h，更优选为6～8h；进一步优选为6h。具体的，在实施例中，反应时间是2h、4h、6h、8h、16h。

[0055] 优选的，上述自由基反应的温度为室温，具体可以为20～30℃，在本发明的一些具体实施例中，所述反应的温度为25℃。

[0056] 在本发明的一些具体实施例中，所述反应具体为：将甲烷、氧气和平衡气体氩气的混合反应气通入装有H2O的反应器中，并加压，然后置于钴源中辐照，进行自由基反应，得到液态和/或气态产物。所述反应器中还可加入固体颗粒提高以乙酸为主的液态含氧化合物的选择性。

[0057] 本发明所述自由基反应还可添加水和二氧化碳作为反应原料。本发明通过添加水和二氧化碳作为反应原料，实现了烷烃的高选择性的一步转化制酸。

[0058] 优选的，所述二氧化碳是烷烃体积的0.025～1倍。

[0059] 优选的，所述水是烷烃体积的0～55倍；更优选的，所述水是烷烃体积的0～21倍；进一步优选的，所述水是烷烃体积的5～10倍。

[0060] 本发明中，当水是烷烃体积的0倍时，表示体系中未添加水。

[0061] 当上述自由基反应原料为甲烷、水和二氧化碳时，甲烷、水和二氧化碳的体积比优选为(1～10)：(0～55)：1，更优选为(1～5)：(0～55)：1；进一步优选为5：30：1。在本发明的一些具体实施例中，所述比例为1：10：1或5：30：1或10：55：1。

[0062] 当上述自由基反应原料为乙烷、水和二氧化碳时，乙烷、水和二氧化碳的体积比优选为(5～20)：(0～105)：1，更优选为(5～10)：(0～105)：1；进一步优选为10：55：1。在本发明的一些具体实施例中，所述比例为5：30：1或10：55：1或20：105：1。

[0063] 当上述自由基反应原料为丙烷、水和二氧化碳时，丙烷、水和二氧化碳的体积比优选为(10～30)：(0～155)：1，更优选为(10～20)：(0～155)：1；进一步优选为20：105：1。在本发明的一些具体实施例中，所述比例为10：55：1或20：105：1或30：155：1。

[0064] 当上述自由基反应原料为丁烷、水和二氧化碳时，丁烷、水和二氧化碳的体积比优选为(20～40)：(0～205)：1，更优选为(20～30)：(0～205)：1；进一步优选为30：155：1。在本发明的一些具体实施例中，所述比例为20：105：1或30：155：1或40：205：1。

[0065] 本发明具体实施例中，当反应原料为甲烷、水、二氧化碳时，所述二氧化碳是甲烷体积的0.1～1倍；所述水是甲烷体积的5.5～10倍。

[0066] 本发明具体实施例中，当反应原料为乙烷、水、二氧化碳时，所述二氧化碳是乙烷体积的0.05～0.2倍；所述水是乙烷体积的5.25～6倍。

[0067] 本发明具体实施例中，当反应原料为丙烷、水、二氧化碳时，所述二氧化碳是丙烷体积的0.03～0.1倍；所述水是丙烷体积的5.167～5.5倍。

[0068] 本发明具体实施例中，当反应原料为丁烷、水、二氧化碳时，所述二氧化碳是丁烷体积的0.025～0.05倍；所述水是丁烷体积的5.125～5.25倍。

[0069] 优选的，所述烷烃和二氧化碳的混合反应气的流速为10～50mL/min，更优选为50mL/min。

[0070] 本发明添加水和二氧化碳作为反应原料后，优选的自由基反应的压力为0.1～2Mpa，更优选为0.1Mpa。

[0071] 优选的，所述自由基反应的时间为2～16h，更优选为6～8h；进一步优选为6h。

[0072] 本发明优选的，当添加水和二氧化碳作为反应原料时，所述液态产物包括甲酸、乙酸、丙酮、丙酸、丙二酸、异丁酸、2‑甲基戊酸中的一种或多种，所述气态产物包括CO、乙烷、丁烷中的一种或多种。

[0073] 优选的，添加水和二氧化碳作为反应原料后的自由基反应的温度为室温，具体可以为20～30℃，在本发明的一些具体实施例中，所述反应的温度为25℃。

[0074] 优选的，所述伽马射线为通过钴源辐照获得。

[0075] 优选的，所述钴源剂量率优选为34.4～63.6Gy/min，更优选为63.6Gy/min。

[0076] 在本发明的一些具体实施例中，所述反应具体为：将烷烃、二氧化碳的混合反应气通入装有H2O的反应器中，然后置于钴源中辐照，进行自由基反应，得到液态和/或气态产物。二氧化碳的加入使得烷烃一步转化制酸的产物选择性更高。

[0077] 为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的使用伽马射线作为外加能源转化烷烃的方法进行详细描述，但不能将其理解为对本发明保护范围的限定。

[0078] 在本发明中，所述甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、氧气、二氧化碳和氩气，以及固体颗粒SiO2、Fe2O3、MgSiO3、氧化石墨烯(GO)均为市售商品；所述水为去离子水。

[0079] 实施例1

[0080] 不同体积比反应气(甲烷、氧气、平衡气体氩气)体积比分别为8：0：92、8：2：90、8：4：88、8：8：84)在伽马射线辐照下的反应性能测试。

[0081] 在120mL高压反应釜中装入70mL去离子水，再将不同体积比的反应气(甲烷、氧气、平衡气体氩气)通入反应釜中，流速为50mL/min，恒温25℃，排气1h后，加压至1Mpa，密封反应釜，然后置于钴源中辐照6h，采用气相色谱仪检测反应釜中反应前后的气体含量和组分。

[0082] 气相色谱仪为岛津GC‑9720，可以用于检测甲烷、乙烷等一系列有机物，还可以用于检测H2，O2，CO，CO2等无机气体。

[0083] 采用核磁共振谱仪(BUKER300，400)检测反应后的液态含氧化合物含量。测试中以DSS为内标物，采用100μL的2％wt DSS的氘水溶液+700μL反应后溶液检测。各个液态含氧化合物的产量通过标准曲线得出。

[0084] 其中转化率和选择性由下面公式给出：

[0085] 甲烷转化率＝(反应前甲烷总量‑反应后甲烷总量)/反应前甲烷总量；

[0086] 液态含氧化合物的选择性计算以乙酸为例：

[0087] 乙酸的选择性＝碳的个数*乙酸生成量/(反应前甲烷总量‑反应后甲烷总量)；

[0088] 气相产物CO和CO2的选择性计算以CO2为例：

[0089] CO2选择性＝CO2生成量/(反应前甲烷总量‑反应后甲烷总量)。

[0090] 实施例1中不同体积比反应气(甲烷、氧气、平衡气体氩气)在1Mpa下的反应性能图见附图1；具体数据详见表1，表1为不同体积比反应气在伽马射线辐照下的反应性能数据。

[0091] 表1不同体积比反应气在伽马射线辐照下的反应性能数据

[0092]

[0093] 实施例2

[0094] 甲烷、氧气和氩气的体积比为8：4：88，不同反应压力下的反应性能测试。

[0095] 在其他条件不变的情况下(同实施例1)，将混合反应气的压力改变为0.1Mpa、0.5Mpa、1Mpa(同实施例1)、1.5Mpa和2Mpa，采用气相色谱仪检测反应釜中反应前后的气体含量和组分，采用核磁共振谱仪(BUKER300，400)检测反应后的液态含氧化合物含量。

[0096] 实施例2中的甲烷、氧气和氩气的体积比为8：4：88时，不同反应压力下的反应性能图见附图2；具体数据详见表2，表2为不同反应压力下伽马射线辐照的反应性能数据。

[0097] 表2不同反应压力下伽马射线辐照的反应性能数据

[0098]

[0099]

[0100] 实施例3

[0101] 甲烷、氧气和氩气的体积比为8：4：88，反应压力为1Mpa时，不同反应时间下的反应性能测试。

[0102] 在其他条件不变的情况下(同实施例1)，将反应时间改变为2h、4h、6h(同实施例1)、8h和16h。采用气相色谱仪检测反应釜中反应前后的气体含量和组分，采用核磁共振谱仪(BUKER300，400)检测反应后的液态含氧化合物含量。

[0103] 实施例3中的不同反应时间下伽马射线辐照的反应性能图见附图3；具体数据详见表3，表3为不同反应时间下伽马射线辐照的反应性能数据。

[0104] 表3不同反应时间下伽马射线辐照的反应性能数据

[0105]

[0106] 实施例4

[0107] 甲烷、氧气和氩气的体积比为8：4：88，反应压力为1Mpa，反应时间为6h时，不同质量SiO2的反应性能测试。

[0108] 在其他条件不变的情况下(同实施例1)，将100mg、200mg、300mg、400mg、500mg的SiO2加入70mL水中，超声半个小时后装入反应釜中。采用气相色谱仪检测反应釜中反应前后的气体含量和组分，采用核磁共振谱仪(BUKER300，400)检测反应后的液态含氧化合物含量。

[0109] 实施例4中的不同质量SiO2下反应性能测试见附图4；具体数据详见表4，表4为不同质量SiO2下伽马射线辐照的反应性能数据。

[0110] 表4不同质量SiO2下伽马射线辐照的反应性能数据

[0111]

[0112] 实施例5

[0113] 甲烷、氧气和氩气的体积比为8：4：88，反应压力为1Mpa，反应时间为6h时，300mg的不同固体颗粒的反应性能测试。

[0114] 在其他条件不变的情况下(同实施例4)，将固体颗粒SiO2改为Fe2O3或MgSiO3或氧化石墨烯(GO)。采用气相色谱仪检测反应釜中反应前后的气体含量和组分，采用核磁共振谱仪(BUKER300，400)检测反应后的液态含氧化合物含量。

[0115] 实施例5中的不同固体颗粒的反应性能测试见附图5；具体数据详见表5，表5为不同固体颗粒的伽马射线辐照下的反应性能数据。

[0116] 表5不同固体颗粒的伽马射线辐照下的反应性能数据

[0117]

[0118]

[0119] 由实施例1～5可知，本发明通过优选反应条件，进一步提高了产物中乙酸的选择性，在甲烷、水、氧气和平衡气体氩气的体积比为8：14：4：88，反应压力为1Mpa，钴源剂量率‑1为63.6Gy/min，钴源辐照6h的条件下具有最佳的催化活性，甲烷转化速率达到16μmol·h ，以乙酸为主的液态含氧化合物的选择性达到了90％，同时乙酸选择性高达70％。并且进一步加入固体颗粒，发现甲烷转化和产物分布都受到了影响，乙酸的选择性得到了提高，其中加入300mg SiO2时，乙酸选择性达到了82％。

[0120] 实施例6

[0121] 甲烷和二氧化碳的体积比为1：1，反应压力为0.1Mpa，反应时间为6h时，不同水量下的反应性能测试。

[0122] 在120mL高压反应釜中装入不同体积(0mL、20mL、50mL、70mL、100mL)的去离子水，再将1：1体积比的反应气(甲烷和二氧化碳)通入反应釜中。流速为50mL/min，恒温25℃，排气1h后，密封反应釜，然后置于钴源中辐照6h，采用气相色谱仪检测反应釜中反应前后的气体含量和组分，采用核磁共振谱仪(BUKER300，400)检测反应后的液态含氧化合物含量。

[0123] 实施例6中的不同水量下反应性能测试的具体数据详见表6，表6为不同体积水下伽马射线辐照的反应性能数据。

[0124] 表6不同体积水下伽马射线辐照的反应性能数据

[0125]

[0126] 实施例7

[0127] 反应压力为0.1Mpa，反应时间为6h，不同体积比(1：1、5：1、10：1)的甲烷和二氧化碳在伽马射线辐照下的反应性能测试。

[0128] 在120mL高压反应釜中装入100mL去离子水，在其他条件不变的情况下(同实施例6)，将甲烷和二氧化碳的体积比改变为1：1(同实施例6)、5：1、10：1。采用气相色谱仪检测反应釜中反应前后的气体含量和组分，采用核磁共振谱仪(BUKER300，400)检测反应后的液态含氧化合物含量。

[0129] 实施例7中的不同体积比甲烷和二氧化碳下反应性能测试的具体数据详见表7，表7为不同体积比甲烷和二氧化碳下伽马射线辐照的反应性能数据。

[0130] 表7不同体积比甲烷和二氧化碳下的伽马射线辐照的反应性能数据

[0131]

[0132] 实施例8

[0133] 反应压力为0.1Mpa，反应时间为6h，不同体积比(5：1、10：1、20：1)的乙烷和二氧化碳在伽马射线辐照下的反应性能测试。

[0134] 在其他条件不变的情况下(同实施例7)，将反应气改为乙烷和二氧化碳，并且乙烷和二氧化碳的体积比改变为5：1、10：1、20：1。采用气相色谱仪检测反应釜中反应前后的气体含量和组分，采用核磁共振谱仪(BUKER300，400)检测反应后的液态含氧化合物含量。

[0135] 实施例8中的不同体积比乙烷和二氧化碳下反应性能测试的具体数据详见表8，表8为不同体积比乙烷和二氧化碳下伽马射线辐照的反应性能数据。

[0136] 表8不同体积比乙烷和二氧化碳下的伽马射线辐照的反应性能数据

[0137]

[0138]

[0139] 实施例9

[0140] 反应压力为0.1Mpa，反应时间为6h，不同体积比(10：1、20：1、30：1)的丙烷和二氧化碳在伽马射线辐照下的反应性能测试。

[0141] 在其他条件不变的情况下(同实施例7)，将反应气改为丙烷和二氧化碳，并且丙烷和二氧化碳的体积比改变为10：1、20：1、30：1。采用气相色谱仪检测反应釜中反应前后的气体含量和组分，采用核磁共振谱仪(BUKER300，400)检测反应后的液态含氧化合物含量。

[0142] 实施例9中的不同体积比丙烷和二氧化碳下反应性能测试的具体数据详见表9，表9为不同体积比丙烷和二氧化碳下伽马射线辐照的反应性能数据。

[0143] 表9不同体积比丙烷和二氧化碳下的伽马射线辐照的反应性能数据

[0144]

[0145] 实施例10

[0146] 反应压力为0.1Mpa，反应时间为6h，不同体积比(20：1、30：1、40：1)的丁烷和二氧化碳在伽马射线辐照下的反应性能测试。

[0147] 在其他条件不变的情况下(同实施例7)，将反应气改为丁烷和二氧化碳，并且丁烷和二氧化碳的体积比改变为20：1、30：1、40：1。采用气相色谱仪检测反应釜中反应前后的气体含量和组分，采用核磁共振谱仪(BUKER300，400)检测反应后的液态含氧化合物含量。

[0148] 实施例10中的不同体积比丁烷和二氧化碳下反应性能测试的具体数据详见表10，表10为不同体积比丁烷和二氧化碳下伽马射线辐照的反应性能数据。

[0149] 表10不同体积比丁烷和二氧化碳下的伽马射线辐照的反应性能数据

[0150]

[0151] 由实施例6～10可知，在本发明所述自由基反应体系加入水和二氧化碳作为反应原料后，能够进一步提高羧酸的选择性，实现烷烃和二氧化碳高选择性的一步转化制酸。其中，在反应体系的烷烃为甲烷时，当甲烷，水和二氧化碳体积比为5：30：1，反应压力为0.1Mpa，钴源剂量率为63.6Gy/min，钴源辐照6h的条件下，乙酸的选择性接近100％。

[0152] 以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。