催化剂的酸碱性分布对甲苯侧链烷基化的影响

发布时间：2020-04-25 20:34

【摘要】：苯乙烯是一种基础的有机化工原料,常常被用于合成橡胶和塑料。目前工业上有多种合成苯乙烯的方法,但是采用最多的是乙苯催化脱氢工艺,该工艺存在一定的弊端,比如工艺流程长、能耗大等都不太符合现阶段环保节能的理念。而甲苯甲醇侧链烷基化反应在原料来源、工艺流程以及能耗方面都具有相当大的优势,因此,该反应一直以来都是研究的焦点。大量研究发现,甲苯甲醇侧链烷基化为酸碱作用下的反应,催化剂中需要同时存在合适强度及数量的酸中心和碱中心。课题组前期研究发现,用K_3PO_4改性的CsX沸石催化剂酸量减少、中强碱的数量以及强度增加,甲苯甲醇侧链烷基化反应活性和产物选择性显著提高。本文从制备不同酸碱性的催化剂出发,分析催化剂中酸碱性的分布情况与催化性能之间的关系,进一步细化酸碱中心在催化过程中所起的作用。并对催化剂进行了XRD、SEM、FT-IR、BET、UV-Vis、NH_3-TPD和CO_2-TPD表征,得出了以下结论:1、单独的AlPO_4-5分子筛对生成乙苯有一定的促进作用,添加K的催化剂中中强碱量在总碱中的相对含量增加,活性以及乙苯选择性也明显提高,但是强酸中心数量较多,导致副产物二甲苯选择性较高。2、通过K_3PO_4改性后的SAPO-5分子筛中均无强酸中心,中强碱和强碱中心的数量增加。特别是K_3PO_4负载量为3 wt%时,中强碱量在总碱中的相对含量最大,苯乙烯和乙苯选择性最佳,分别达到62.1%和16.0%。3、通过K_3PO_4改性的NaX沸石催化剂中,改变K_3PO_4溶液的浓度,酸碱性分布和催化效果都有明显的变化,中强碱中心占比随着K_3PO_4浓度的降低而降低。当K_3PO_4溶液浓度为0.1 mol/L时,乙苯选择性最高(82.9%);当K_3PO_4溶液浓度为0.25 mol/L时,苯乙烯选择性最高(18.1%)。4、催化剂的中强酸和强酸中心有利于二甲苯和甲烷的生成;而中强碱有利于活化甲苯上的甲基,反应生成更多的侧链烷基化产物乙苯;当存在一定量的强碱中心时,产生的甲醛与活化态的甲苯进一步反应生成苯乙烯。因此,催化剂中拥有足够多的中强碱中心和适量的强碱中心是甲苯侧链烷基化反应生成苯乙烯的必要条件。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ241.21;TQ426

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