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己内酰胺是制造聚酰胺6纤维(尼龙6)的重要原料。目前,工业上都是采用浓硫酸作催化剂,通过贝克曼重排反应生产ε—己内酰胺。由于浓硫酸的使用,不仅生成大量低价值的硫酸铵副产物,而且还造成严重的环境污染及安全问题。为此,本文选用可替代该工艺的环境友好绿色工艺,以固体酸为催化剂,研究环己酮肟的气相贝克曼重排反应来制备己内酰胺。 首先,采用了三种不同改性方法处理β沸石:(1)用不同浓度的稀盐酸处理Hβ沸石(Si/Al=14),得到Si/Al比分别为18、22、32、80的β沸石;(2)用溶液浸渍法在Si/Al为14和80的β沸石上分别负载不同量的硼酸,得到8种不同的催化剂;(3)用化学液相沉积法,将不同量的正硅酸乙酯分别浸渍在Si/Al为14和80的β沸石上,得到8种负载SiO2的β沸石催化剂。同时,对部分催化剂的物性(Si/Al比、比表面积、孔容)及酸性进行了测定。 其次,通过选定的催化剂,考察了反应温度、载气流量和不同种类溶剂对反应的影响。得到了适宜的反应条件:反应温度为350℃,载气流量为30ml.min-1,合适的溶剂为乙醇。 在选定的反应条件下,分别考察了β沸石改性前后的反应性能。实验发现Hβ(Si/Al=14)沸石的活性较高,反应6小时后,环己酮肟的转化率仍保持为93.67%,但其产物选择性最高时也仅为44.45%。Hβ沸石经不同浓度的稀盐酸脱铝处理后,转化率均略微下降,但产物选择性得到提高。实验结果表明,β沸石的Si/Al越大,选择性越高,最高选择性达到59.51%。 实验发现,β沸石负载硼酸后转化率均降低。反应开始时,选择性较高,但是选择性不太稳定,随反应时间下降。Si/Al较大的β沸石上负载硼酸时,转化率和选择性都更高些。β沸石经正硅酸乙酯改性后,降低了转化率。反应开始时,郑州大学硕士学位论文选择性较高,但是选择性不稳定,随反应时间下降。在51/Al较大的p沸石上负载硼,选择性较高,但转化率稍低。在51/Al比为80的p沸石上负载4wt%的硼酸反应2小时,选择性最高达63.99%。总之,增加p沸石的硅铝比,可以显著改善催化反应性能以提高产物选择性。对负载型p沸石催化剂,硅铝比较大的p沸石负载效果较佳,但需要进一步提高催化剂的稳定性。 鉴于日沸石催化剂上存在着明显的反应失活现象,本文还考察了p(0 .2MHCI)沸石活性在24小时内的的变化规律,发现环己酮肠的转化率随时间的变化符合方程x二103.69xe一0.0“’8‘,得到失活因子b二0.02185一’。反应24小时后的失活催化剂在500oC下用空气吹扫2小时后,活性得以恢复,表明催化剂在反应过程中可重复再生使用。用溶液抽提法和色质联用仪分析的结果表明,由于在催化剂表面上发生高度结焦,进而减少了反应活性位。这是造成p沸石催化剂失活的主要原因。