多级孔钛硅分子筛的制备及其在苯酚羟基化中的应用

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苯二酚(邻苯二酚、对苯二酚)是十分重要的化工原料,钛硅分子筛(TS-1)催化氧化苯酚合成苯二酚是近年来苯二酚合成的研究热点。TS-1分子筛是由钛原子同晶取代位于纯硅MFI型沸石分子筛四面体位置的硅原子形成的,其活性中心为分子筛中的骨架钛。但是,限于其微孔结构,反应物和产物在催化剂孔道内的扩散受到限制,进而导致催化剂的表观活性降低,同时容易导致催化剂积碳失活。另外,提高分子筛骨架中的钛含量也是提高TS-1分子筛催化活性的手段。本文从调控TS-1分子筛催化剂的孔道结构,提高骨架钛含量两方面入手,达到提高TS-1分子筛催化活性的目的。本文的主要工作如下:(1)选取了价格低廉且绿色环保的聚季铵盐-7(M550)为介孔致孔剂,通过一步水热法合成出多级孔钛硅分子筛(HTS-1)。其物理化学性质通过场发射扫描电子显微镜(FE-SEM),透射电子显微镜法(TEM),X射线衍射(XRD),X射线荧光光谱仪(XRF),傅里叶变换红外光谱(FT-IR),紫外可见吸收光谱(UV-Vis)等仪器进行表征。研究表明采用M550为介孔致孔剂可以合成多级孔TS-1分子筛。在苯酚羟基化反应中,HTS-1分子筛的催化活性优于传统TS-1分子筛。(2)在制备TS-1分子筛催化剂时,提高骨架Ti含量和构造出晶内介孔是提升其催化活性的两个关键因素。在本研究中,采用碳酸铵(NH42CO3为晶化调节剂成功合成了高钛含量的TS-1分子筛。通过XRF、FT-IR和UV-Vis研究了(NH42CO3使用量对合成的TS-1分子筛骨架Ti含量的影响。结果表明,采用(NH42CO3为晶化调节剂,TS-1分子筛骨架Ti含量显著提高。当合成凝胶中(NH42CO3与正硅酸四乙酯的摩尔比为0.2时,分子筛中的Si/Ti摩尔比可达34.43,提升了TS-1分子筛在苯酚羟基化中的催化活性。采用0.45 mol/L的四丙基氢氧化铵(TPAOH)水溶液对合成出的高钛含量TS-1分子筛进行脱硅重结晶,成功合成出高钛含量的多级孔TS-1分子筛,进一步提高了其在苯酚羟基化中的催化活性。
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