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苯甲醛是重要的有机中间体,被广泛应用于医药、香料、染料,食品、农药等行业。随着国民经济的飞速发展,以苯甲醛为原料的相关产业得到不断的开发与拓展,苯甲醛的需求量也越来越大,其市场发展前景可观。苯甲醛生产还是传统的工艺方法——甲苯氯化水解法,但是这种方法对设备的腐蚀严重,产物纯度低,对环境的污染较大。在苯甲醛生产新工艺的开发方面,国内外都做了大量的研究工作。用V-Zr-O,V-Ag-O/ZrO2,CoTPP,MnTPP等作催化剂,氧气为氧化剂在气相条件下氧化甲苯制备苯甲醛。但该法需要较高的温度,对设备的要求较高,投资成本大,转化率较低。且甲苯很容易过度氧化为苯甲酸,以及CO2,CO。甲苯液相氧化法大多使用有机溶剂,对环境危害较大。本文以双氧水为氧化剂,水作溶剂,双氧水是清洁,高效氧化剂,产物只有水,不会对环境造成危害。
本文以HZSM-5为载体负载Mo,W,V,Zr等金属作催化剂,在液相条件下,直接氧化甲苯制备苯甲醛。分别对金属的负载量,催化剂的用量,氧化剂的用量,反应时间,反应温度等因素进行考察,并用XRD,TPD,BET进行表征,研究结果表明:
(1)当Mo的投料量为4%,催化剂表现出较高的活性,甲苯的转化率为19%,苯甲醛的选择性为43%。
(2)在回流条件下,当W的投料量为4%,甲苯的转化率为23%,苯甲醛的选择性为39%。
(3)用浸渍的方法制备了Zr负载的ZSM-5催化剂,在相同的条件下,甲苯的转化率为32%,催化剂的活性最高。根据文献报道,ZSM-5是很重要的固体酸催化剂,在化工产业中具有很重要的应用,由于其孔径较小,使其应用受到限制,本文用0.2 M NaOH在65℃水浴中处理ZSM-52 h,制备介孔-微孔共存的分子筛,然后负载金属Zr,催化氧化甲苯制备苯甲醛,结果显示,催化剂的活性较高,甲苯的转化率高达41%,苯甲醛的选择性为31%。