通过苯乙烯环氧化反应生成的环氧苯乙烷(氧化苯乙烯)是化工生产中一种重要的有机中间体,其在食品,香水以及药品行业都有着重要的应用。工业上传统的生产方法主要为过氧酸法和卤醇法,但是上述方法采用的是过氧酸或者卤醇作为氧化剂氧化苯乙烯,存在着严重的设备腐蚀和环境污染问题,随着国家对于环境保护的法律法规日益完善,开发新型环保的工艺将备受挑战。因此,本研究采用以绿色清洁的O2作为氧源的含钴分子筛催化剂体系进行苯乙烯环氧化反应将具有一定的现实意义。本文首先分别采用浸渍法和离子交换法制备IM-Co/Y和IE-Co/Y催化剂,通过制备方法、Co源选择以及相应工艺条件(反应时间、反应温度)的优化提升催化剂的活性。而后通过两次离子交换,加入碱(土)金属对于催化剂进行改性,制备出IE-MCo/Y催化剂(M=Ca、Sr、K、Cs、Ba),通过催化剂的评价以及采用XRD、H2-TPR、XRF、UV-vis、NH3-TPD、XPS等催化剂表征手段得到如下结论:离子交换法制备的IE-Co/Y催化剂比浸渍法制备的IM-Co/Y催化剂对苯乙烯环氧化反应表现出更高的活性。此时,IE-Co/Y催化剂对苯乙烯环氧化反应苯乙烯转化率及环氧化物选择性分别为51.2%和48.5%,而IM-Co/Y催化剂对该反应苯乙烯的转化率和环氧化物选择性仅为28.3%和39.8%。通过分子筛载体和钴源筛选发现以Y型分子筛作为载体,硝酸钴作为钴源时,催化剂催化效率较高。研究发现,催化剂制备方法会影响Co的存在状态,从而导致催化剂对苯乙烯环氧化反应活性的差异。采用浸渍法制备的IM-Co/Y催化剂中的Co是以结晶相的Co3O4的形式存在于分子筛孔道外,而采用离子交换法制备的IE-Co/Y中的Co是以高度分散的single-siteCo(Ⅱ)的形式存在分子筛孔道内。进一步地,本文对分子筛的制备条件进行了优化,研究发现焙烧温度会影响Co在分子筛中的配位状态,从而影响催化剂活性。lE-Co/Y催化剂分别在110℃(只在空气中干燥)、300℃、500℃、650℃下,空气气氛中进行焙烧。实验发现,经过500℃焙烧以后,Co将从八面体配位[Co(H2O)6]2+的形式转变成四配位Co的形式。此时,IE-Co/Y催化剂对苯乙烯体现出更高的环氧化活性。而后,本研究对苯乙烯环氧化反应工艺条件进行优化。80℃条件下,以TBHP和O2共同作为氧源,反应5h后,IE-Co/Y催化剂对苯乙烯环氧化反应的转化率达到100%,其对环氧化物的选择性接近70%。有研究表明苯乙烯环氧化反应机理属于自由基反应。一方面,TBHP的加入促进了反应过程中自由基的生成速率,从而提升反应速率。另外一方面,TBHP可以直接氧化苯乙烯生成环氧化物。TBHP和02起着协同氧化的作用。最后,本文利用碱(土)金属对催化剂进行进一步改性,制备IE-MCo/Y催化剂(M=Ca、Sr、K、Cs、Ba)。碱(土)金属的加入可以调整催化剂的酸性。Ca2+的引入调控分子筛的酸性在一个适宜的程度,同时还能单独催化苯乙烯环氧化反应,Co2+和Ca2+起到了协同催化的效果。对照组IE-Co/Y对苯乙烯环氧化反应的转化率和选择性分别为29.6%和38.6%。引入Ca后,IE-CaCo/Y对苯乙烯环氧化反应的转化率和选择性分别达到67.5%和47.8%。本文推测,Ca2+的引入会影响Co2+在分子筛中的落位。Ca2+在离子交换过程中会首先占据无活性或者更低活性的Ⅰ位、Ⅰ位和Ⅱ位,使得Co2+得以进入具有更高活性的Ⅲ’位,因而IE-CaCo/Y具有更好的活性。