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(xiàn)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(duì)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?cè)诩妆脚c叔丁醇烷基化反應(yīng)中的催化性能，重點(diǎn)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(duì)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(duì)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(qiáng)酸為主的酸性中心及十二元開(kāi)放的孔道有利于提高催化劑的活性；對(duì)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(duì)產(chǎn)物的選擇性不利。 （2）超穩(wěn)Y沸石催化劑。由于其獨(dú)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(shí)驗(yàn)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?jí)毫?.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(shí)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(duì)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(duì)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(shí)催化劑的酸量最大；焙燒溫度達(dá)923K時(shí)，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(shí)間3h，初始?jí)毫?.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(duì)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(duì)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(shí)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