论文部分内容阅读
甲苯液相选择氧化制备苯甲醇、苯甲醛、苯甲酸和苯甲酸苄酯高附加值产物,既能解决甲苯产能过剩的问题,又可以带来巨大的经济效益。本研究针对苯甲醇、苯甲醛、苯甲酸和苯甲酸苄酯控制合成过程中的环境污染和产品纯度问题,自主设计了一套甲苯液相反应系统,以光热协同催化反应釜作为反应器,采用优化合成的TiO2基催化材料用作反应系统的催化剂,在无有机溶剂和氧气作为氧化剂的条件下实现了甲苯选择氧化制备苯甲醇、苯甲醛、苯甲酸和苯甲酸苄酯,反应系统的设计满足清洁生产的需求。（1）在高温高压催化反应釜增设一个透光窗口,用蓝宝石作窗片,氙灯作为光源,开发设计出一套光热协同催化反应釜。同时对光热协同催化反应釜的取样口进行了优化设计,利用可拆卸探底管将气体取样口转化为液体取样口,实现“一口两用”。以光热协同催化反应釜作为甲苯液相反应系统的反应器,可以进行甲苯液相热催化、光催化和光热协同催化选择氧化三种反应,实现“一器多用”。（2）探究甲苯液相反应系统中反应器的实验参数,发现反应器的运行时间、运行温度、激发光波长以及反应器中催化剂的投加量均能影响甲苯液相反应系统对甲苯的催化效果。结果显示,甲苯液相反应系统中反应器的最佳实验参数为:运行时间30小时,实验温度160°C,激发光波长200-800nm,催化剂投加量100mg。（3）采用研磨法优化合成氮掺杂TiO2（N-TiO2）催化剂和硼掺杂TiO2（B-TiO2）催化剂。分别在热催化、光催化和光热协同催化条件下,运用甲苯液相反应系统进行甲苯催化选择氧化反应,研究N-TiO2和B-TiO2催化剂在反应中的催化效果,筛选适用甲苯液相反应系统的最佳催化剂。结果显示,N-TiO2-1.5催化剂(m尿素:mTiO2=1.5)的催化效果相对最佳,可以用作甲苯液相反应系统的催化剂,其在光热条件获得的苯甲醇、苯甲醛、苯甲酸和苯甲酸苄酯等高附加值产物的选择性为84.3%,产物产率为109mmol?g-1cat。（4）采用水热法成功制备（001）晶面高暴露的TiO2（001）催化剂,分别在热催化和光热协同催化条件下,运用甲苯液相反应系统进行甲苯催化选择氧化反应。结果显示,增加（001）晶面的暴露比例,可以显著提高苯甲酸苄酯的选择性和产率,与TiO2相比,热催化条件下TiO2（001）催化剂获得的苯甲酸苄酯的选择性由0.9%提高到24.5%,产率由0.3mmol?gcat-1提高到52mmol?g-1cat;光热条件下TiO2（001）催化剂获得的苯甲酸苄酯的选择性由1.0%提高到20.7%,产率由2mmol?gcat-1提高到56mmol?g-1cat。综上所述,我们成功开发设计出甲苯液相反应系统,以光热协同催化反应釜作反应器,获得制备甲苯高附加值产物的最佳实验参数,研发适用于该系统的高性能催化剂,实现绿色化反应条件下甲苯液相催化选择氧化制备苯甲醇、苯甲醛、苯甲酸和苯甲酸苄酯等高附加值产物,有助于清洁生产进程的推进。