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苯乙烯是一种重要的化工原料,它主要应用于合成塑料和橡胶。目前苯乙烯的合成方法主要有两种,一是乙苯脱氢,二是甲苯与甲醇侧链烷基化。与传统的乙苯脱氢方法相比,甲苯甲醇侧链烷基化合成苯乙烯具有较高的经济效益和较低的经济成本,因此成为目前研究的热点。大量的研究发现,甲苯-甲醇侧链烷基化反应既需要碱性位将甲醇氧化成甲醛,同时需要将甲苯中的甲基活化,也需要酸性位将甲苯和生成的甲醛固定在催化剂表面,从而进行侧链烷基化反应。为了提高催化剂的活性,本文设计合成不同类型的有机、无机固体酸碱催化剂。采用红外、XRD、XPS、NH3-TPD、CO2-TPD等测试手段对催化剂进行了表征,并与催化结果相关联。主要得出了了以下结论:1.本文针对甲苯甲醇侧链烷基化反应所需催化剂的特点,为了提高的催化活性和选择性,设计并合成了十种具有不同结构的含氨基的有机固体酸碱催化剂,采用红外、XRD和XPS对其结构进行了表征。其中Cat-NH(C2H55)2+Al、Cat-TDMMP 和 Cat-3-HO-Py 的活性和选择性都远超过目前文献上报道的较好的碱金属离子交换的分子筛催化剂。同时,发现了利用芳胺类化合物可以制备出只有中强碱性位的催化剂。2.同时具有弱酸、弱碱性位的催化剂更有利于甲醇脱水生成二甲醚反应选择性的提高。3.通过采用NH3-TPD-MS,对所有催化剂不同酸性位的分析可以得出:催化剂在100～200℃处的酸性位,有利于甲醇脱水反应。催化剂在200～400℃处的酸性位有利于侧链烷基化反应(将苯环固定在催化剂上)。400～600℃处的强酸性位有利于苯环上的烷基化反应。催化剂在200～300℃处的酸强度最适合甲苯甲醇的侧链烷基化反应。4.通过采用C02-TPD-MS,对所有催化剂不同碱性位的分析可以得出:在100～300℃处的碱位只能将甲醇活化,不足以使甲苯上的甲基活化。而在400～600℃处的碱位有利于活化甲醇和甲苯发生反应,但更有利于甲醇氧化反应的进行。催化剂在300～400℃处的碱强度最适合甲苯甲醇的侧链烷基化反应。5.根据活化甲苯上甲基的需要,建立了酸碱中心距离模型。采用DFT和Dmol3计算了合适的酸碱中心距离为3.547±1.000 A,该结果发现与实验事实吻合。6.通过相关性分析表明,对催化剂活性影响因素的显著性次序是:催化剂酸碱中心距离 > 中强碱性位(300～400℃) >中强酸性位(200～300℃)。7.合成了五个K/Al基催化剂,其中Co/Al/K和Co/Sr/Al/K催化剂具有较高的甲醇转化率(70.9 %和90.0 %)和苯乙烯选择性(91.7 %和82.0%)。并验证了对催化剂活性影响因素的显著性次序是:催化剂酸碱中心距离>中强碱性位(300～400℃) >中强酸性位(200～300℃)。