基于双氧水氧化的钛硅分子筛绿色催化及其改性研究

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当今化学工业迅速发展,但同时造成了环境和能源危机,严重影响和阻碍了化工经济的健康快速发展。氧化反应作为化工技术中最基本的反应之一,如何实现其绿色化是目前绿色化学的研究热点之一。双氧水作为一种清洁的氧化剂,因其原子利用率高、环境友好,在绿色催化氧化方面有着广阔的应用前景。本论文致力于开发清洁的氧化技术与催化剂的高活性高选择性结构设计,并进行基于钛硅分子筛的绿色催化氧化及催化其改性研究,主要研究内容如下:1、为了解决传统方法中存在的溶剂危害和复杂工艺的共性关键问题,开发了一种无溶剂条件下通过工艺强化的清洁高效盐酸羟胺生产工艺。双氧水,氨和丁酮通过膜反应单元中Ti-MWW催化实现氨肟化反应。脱水脱氨后丁酮肟在反应精馏装置中用盐酸水解生成盐酸羟胺。工艺实现丁酮转化率(97%),丁酮肟的选择性(100%),盐酸羟胺的收率(91.6%)和丁酮的回收率(85.1%)。物料的循环利用实现了原子经济性,工艺膜反应分离单元,脱氨单元和反应精馏单元的耦合强化实现了高效连续过程。通过使用Aspen Plus v10进行仿真,整个工艺运行稳定,通过优化膜反应出口双氧水含量和脱氨塔底氨含量可以满足工业化应用的要求。2、在苯与双氧水一步羟基化反应制备苯酚的研究中,以大孔Ti-丝光沸石(Ti-MOR)为载体,采用超声浸渍法引入了不同的金属氧化物,制备了一系列单组分,双组分的金属化合物催化剂并对其催化活性进行研究。实验筛选出的VOx/Ti-MOR双组分催化剂可以获得60%的苯酚收率。这种由金属氧化物和沸石组成的协同催化体系使双氧水活化和苯羟化反应可以同时发生在两种不同类型的活性中心,同时通过将金属氧化物固定在具有有效吸附性能和显著比表面积的合适载体上以提高金属氧化物的催化性能。3、通过将钛硅分子筛与Keggin结构的钒取代多金属氧酸盐H5PMo10V2O40结合,制备了大孔径多金属氧酸盐离子杂化催化剂PMo V2/Ti-MOR。该催化剂在以双氧水对对二氯苯氧化制备2,5-二氯苯酚为探针反应中表现出优异的催化活性,同时具有相当稳定的可重用性。利用SEM、TEM、N2吸附等仪器对所合成的材料进行表征,研究催化剂的组成、结构与催化反应活性。相比本体H5PMo10V2O40,负载后的PMo V2/Ti-MOR催化剂增加了比表面积,降低活性组分的量,有效克服了本体比表面积小、无孔道等问题,增强了杂多酸的催化活性。在75℃下,双氧水与对二氯苯摩尔比为1:3的实验条件下反应4 h,获得了24.8%的2,5-氯苯酚收率。
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