Ce/HZSM-5催化苯酚甲醇烷基化反应研究

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邻甲酚是一类非常有实用价值的精细化工中间体,在合成树脂、农药、药品、抗氧化剂、香料等的生产中起着至关重要的作用。而邻甲酚在国内资源紧缺,且生产工艺较为落后,因而,生产规模小,质量差。HZSM-5分子筛具有独特的孔道构造,易调的酸性,同时在高温条件下,结构稳定,因此被广泛用于烷基化反应中。为了提高邻甲酚的产率,本文探究了以苯酚和甲醇为反应原料,以Ce/HZSM-5为催化剂催化苯酚、甲醇烷基化反应来合成邻甲酚,具体研究内容包括:首先采用浸渍法将不同金属(Ce、Al、Fe、Cu、Ni、Mg和Zn)负载在HZSM-5分子筛上,通过一系列表征手段,分析了金属对HZSM-5的结构、化学性质的影响,并在苯酚甲醇烷基化反应中进行评价,筛选出Ce为邻甲酚选择性最高的活性金属成分。后续采用浸渍、球磨混合和固态离子交换三种不同制备方法将Ce负载在HZSM-5催化剂上,并通过XRD、SEM、BET、FT-IR、Py-IR、NH3-TPD和XPS等表征手段研究了不同负载方法对催化剂的结构和性质的作用,考察了分子筛的表面性质、结构与其催化性能之间的关系。数据表明,采用球磨法制备的催化剂因其比表面积最小,酸量最少而导致催化活性最低,但是拥有最高的Br(?)nsted酸量,使其具有最高的苯甲醚选择性,为47.9%。浸渍法制备的催化剂提高了Lewis酸量,因此邻甲酚具有最高48.3%的选择性,而固态离子交换法制备的催化剂明显提高了催化剂的总酸量,因此催化活性最高,其转化率为23.4%。最后系统的考察了采用浸渍法和固态离子交换法在HZSM-5上负载不同含量的Ce对催化剂性能的影响。经过反应评价发现,采用固态离子交换法制备含有5 wt%Ce的HZSM-5催化剂的催化效果与采用浸渍法制备含有10 wt%Ce的HZSM-5催化剂的催化效果相当,且采用固态离子交换法制备的催化剂具有苯酚转化率高、反应温度低的优点。并对反应温度和质量空速进行优化,优化后的苯酚转化率最高为75.7%,此时邻甲酚的选择性为36.3%。
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