甲苯與叔丁醇烷基化反應(yīng)催化劑研究.pdf

1、采用NH4+交換的方法制備了一系列沸石催化劑，如絲光沸石（HM）催化劑，β沸石（Hβ）催化劑，ZSM沸石（HZSM-5）催化劑，用X射線衍射（XRD）、吸附吡啶紅外光譜（Py-IR）以及氨程序升溫脫附（NH3-TPD）等對催化劑的晶體結(jié)構(gòu)、酸性質(zhì)以及酸量進(jìn)行了表征，并考察了它們在甲苯與叔丁醇烷基化反應(yīng)中的催化性能，重點討論了催化劑的孔道結(jié)構(gòu)、酸量和酸性質(zhì)與催化劑的活性和選擇性之間的關(guān)系。 （1）不同沸石分子篩。對USY、Hβ、H

2、M和HZSM-5等4種沸石分子篩在甲苯與叔丁醇烷基化反應(yīng)中的催化性能進(jìn)行了比較，并用XRD、Py-IR和NH3-TPD等手段對催化劑的物化性質(zhì)進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，沸石分子篩的酸性質(zhì)和孔道結(jié)構(gòu)是影響催化劑活性和選擇性的主要因素，以弱酸和中強酸為主的酸性中心及十二元開放的孔道有利于提高催化劑的活性；對甲苯的叔丁基化反應(yīng)而言，L酸起主要活性中心作用，且B酸的存在對產(chǎn)物的選擇性不利。 （2）超穩(wěn)Y沸石催化劑。由于其獨特的孔道結(jié)構(gòu)、L酸

3、為主的酸性質(zhì)及較大的酸量，在甲苯的叔丁基化反應(yīng)中表現(xiàn)出較高的催化活性和選擇性。實驗結(jié)果表明，適宜的反應(yīng)條件是：焙燒溫度623K，反應(yīng)溫度180℃，初始壓力0.6MPa，叔丁醇與甲苯摩爾比為2，原料與催化劑的質(zhì)量比為10，溶劑環(huán)己烷與甲苯的摩爾比為10，反應(yīng)時間5h，得到的甲苯轉(zhuǎn)化率為47.15％，叔丁基甲苯的選擇性達(dá)97.44％，對叔丁基甲苯的選擇性為65.62％。 （3）絲光沸石催化劑。用XRD和NH3-TPD等手段對不同焙燒

4、溫度下的催化劑的物化性質(zhì)進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，在焙燒溫度為623～923K條件下，隨著焙燒溫度的增加，催化劑的酸量先增大后下降，在823K時催化劑的酸量最大；焙燒溫度達(dá)923K時，催化劑形成了明顯的骨架缺陷。甲苯的叔丁基化反應(yīng)適宜的操作條件為：焙燒溫度823K，反應(yīng)溫度180℃，反應(yīng)時間3h，初始壓力1.0MPa，原料與催化劑的質(zhì)量比為8，叔丁醇與甲苯摩爾比為4，溶劑環(huán)己烷與甲苯的摩爾比為5，得到的甲苯轉(zhuǎn)化率為42.73％，叔丁基甲苯的

5、選擇性為96.30％，對叔丁基甲苯的選擇性為80.37％。 （4）Hβ催化劑。用Py-IR和NH3-TPD等手段對不同焙燒溫度下的催化劑的物化性質(zhì)進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，在焙燒溫度為623～923 K條件下，隨著催化劑焙燒溫度的增加，催化劑的B酸中心減少，有利于提高叔丁基甲苯選擇性；在823K時催化劑的酸量最大。甲苯的叔丁基化反應(yīng)適宜的操作條件為：焙燒溫度823K，反應(yīng)溫度180℃，叔丁醇與甲苯摩爾比為4，原料與催化劑的質(zhì)量比為1