HY沸石分子筛催化甲苯叔丁基化反应研究

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芳烃烷基化生产在整个化工领域中占有十分重要的地位。近年来,对叔丁基甲苯作为重要的化工原料,需求量不断增加。因而,具有高活性、高选择性、高寿命的甲苯叔丁基化催化剂的研究备受人们关注。本文以甲苯叔丁基化反应为探针反应,研究了分子筛种类、HY分子筛Si/Al比对叔丁基化反应催化性能的影响,研究了核壳结构分子筛HY@MCM-41的叔丁基化反应性能,取得的研究成果如下:(1)不同种类分子筛催化甲苯叔丁基化性能研究以甲苯和叔丁醇烷基化反应为探针反应,考察了HY(Si/Al=12)、USY(Si/Al=15)、HM(Si/Al=25)、HZSM-5(Si/Al=25)等4种分子筛催化甲苯和叔丁醇烷基化反应的催化性能。结果表明,分子筛的酸性中心的种类和数量以及分子筛内部的孔道结构对催化性能起到关键作用。各分子筛的得到的催化活性顺序为HY≈USY>HM>HZSM-5,而总酸量顺序为HY>USY>HZSM-5>HM。在环己烷用量60m L,催化剂用量1.0g,叔丁醇和甲苯摩尔比为3:1,反应温度180℃,反应时间4h条件下,HY(Si/Al=12)催化剂的甲苯转化率为30.9%,4-TBT的选择性为71.0%。(2)不同硅铝比的HY分子筛催化甲苯叔丁基化反应研究制备了不同硅铝比的HY分子筛(7.5、11、12、14),以甲苯和叔丁醇烷基化反应为探针反应,考察了硅铝比对HY分子筛催化甲苯和叔丁醇烷基化反应的性能的影响。结果表明,分子筛的催化活性是酸量、酸强度和酸种类等因素综合作用的结果。分子筛的催化活性大小顺序为HY(Si/AL=12)>HY(Si/AL=11)>HY(Si/AL=14)>HY(Si/AL=7.5),而总酸量大小顺序为HY(Si/AL=7.5)>HY(Si/AL=11)>HY(Si/AL=12)>HY(Si/AL=14)。催化甲苯和叔丁醇烷基化反应适宜的操作条件:在环己烷用量60m L,HY(12)催化剂1.0g,n叔丁醇:n甲苯=3:1,反应温度180℃,反应4h的条件下,HY(Si/Al=12)催化剂的甲苯转化率为40.7%,对叔丁基甲苯的选择性为71.0%。(3)HY@MCM-41核壳分子筛催化甲苯和叔丁醇烷基化反应的研究分子筛硅源法合成了HY@MCM-41核壳分子筛催化剂,并以甲苯和叔丁醇烷基化反应为探针反应,评价了HY@MCM-41核壳分子筛催化剂的催化活性。结果表明,发现在HY外表面包裹一层介孔MCM-41壳层,可以有效调变HY分子筛表面酸性,钝化外表面的酸性中心,抑制副反应发生。与HY分子筛相比,核壳结构HY@MCM-41催化剂的催化活性以及对位选择性均明显好。HY@MCM-41核壳分子筛适宜的合成条件为:NaOH浓度为1mol/L,pH为9.5,晶化时间为48h。适宜的反应条件为:分子筛用量为1.0g,叔丁醇与甲苯的摩尔比为3,在反应温度为180℃下反应4h。在此条件下,HY@MCM-41催化剂的的甲苯转化率为76.4%,此时4-TBT的选择性高达90.4%。
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