本文關(guān)鍵詞：HPW改性Hβ分子篩催化甲苯和叔丁醇烷基化反應(yīng)的性能（英文）

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【摘要】：PTBT是一種十分重要的有機(jī)材料,但傳統(tǒng)制備工藝存在能耗較高,工藝復(fù)雜,環(huán)境污染嚴(yán)重等諸多問題.為解決上述問題,人們提出甲苯和叔丁醇直接一步合成PTBT來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的合成工藝.甲苯和叔丁醇原料來源豐富,用酸性分子篩等催化劑催化甲苯和叔丁醇烷基化反應(yīng)合成PTBT不但能節(jié)約成本,簡化分離和提純工藝,還能防止環(huán)境污染和設(shè)備腐蝕.但催化劑的活性低、穩(wěn)定性差制約了該反應(yīng)的工業(yè)化進(jìn)程.甲苯和叔丁醇側(cè)鏈烷基化反應(yīng)歷程復(fù)雜,需要催化劑的酸性和孔道結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用,因此設(shè)計(jì)催化活性高、選擇性好、穩(wěn)定性強(qiáng)的催化劑是一項(xiàng)十分具有挑戰(zhàn)的研究課題.我們采用浸漬法成功制備了H_3PW_(12)O_(40)改性Hβ分子篩催化劑(HPW/Hβ),并采用XRD,SEM,TEM,ICP,FT-IR,BET,NH3-TPD和Py-IR等手段對分子篩催化劑樣品進(jìn)行了表征,并以甲苯和叔丁醇烷基化反應(yīng)為探針反應(yīng),研究了HPW/Hβ分子篩催化劑的催化性能.由SEM分析可知,HPW/Hβ分子篩催化劑的形貌與Hβ并無明顯差異,形狀規(guī)整,粒度均勻,晶體形貌較好,表明HPW的引入對Hβ顆粒結(jié)構(gòu)無明顯影響.由XRD分析可知,與未改性Hβ分子篩相比,HPW/Hβ樣品的出峰位置和峰形基本保持一致,表明HPW在Hβ表面呈均勻分散狀態(tài),但負(fù)載HPW后Hβ結(jié)晶度略有下降.由TEM分析可知,負(fù)載HPW后的Hβ分子篩依然保持規(guī)整的三維立方孔道結(jié)構(gòu),且孔徑均一,表明負(fù)載HPW后的Hβ分子篩的骨架結(jié)構(gòu)沒有被破壞,黑色陰影部分或者斑點(diǎn)即為夾心型雜多酸陰離子在分子篩Hβ上的固載位.由FT-IR分析可知,HPW和Hβ之間存在鍵合作用,部分HPW已成功分散到Hβ骨架表面上.由BET分析可知,和Hβ原粉相比較,HPW/Hβ的比表面積、孔容、孔徑均有所下降,BET比表面積從492.5下降到379.6 m~2/g,而孔徑從3.90下降至3.17 nm.這是因?yàn)镠PW對分子篩孔道具有修飾作用,使分子篩的孔徑有所降低.由NH3-TPD和Py-IR酸性表征可知,負(fù)載HPW能有效增加Hβ沸石分子篩的酸量,尤其是B酸量.未改性Hβ的B酸含量為84.23μmol/g,而HPW/Hβ的B酸含量為142.97μmol/g,增加了69.74%.由酸性表征可知,Hβ的總酸量小,B酸含量低,因而催化活性弱,甲苯轉(zhuǎn)化率僅為54.0%.另外,Hβ分子篩的12元環(huán)直通道的孔道開口尺寸為0.66 nm×0.67 nm,PTBT(動(dòng)力學(xué)直徑0.58 nm)和MTBT(動(dòng)力學(xué)直徑0.65 nm)都能夠從其孔道中擴(kuò)散出來,因而分子篩孔道的擇形作用對產(chǎn)物的選擇性作用較小,PTBT的選擇性(69.6%)較低.負(fù)載HPW能有效增加Hβ分子篩的總酸量,尤其是B酸量,而B酸量增加,有利于反應(yīng)中正碳離子生成,因而增加催化活性.另外,HPW改性還能提高PTBT的選擇性,這是因?yàn)镠PW對分子篩孔道具有修飾作用,使分子篩的孔徑有所降低.而適量減小的孔徑使得分子篩的擇形作用大大增加,體積較小的PTBT能從孔道中擴(kuò)散出來,而體積較大的MTBT,由于空間位阻的作用,很難從其中擴(kuò)散出來,從而增加了對位選擇性.通過對HPW/Hβ催化甲苯和叔丁醇烷基化反應(yīng)工藝條件進(jìn)行考察,確定了適宜的反應(yīng)條件:環(huán)己烷60 m L,催化劑1.0g,n(叔丁醇)/n(甲苯)=3/1,反應(yīng)溫度180°C,反應(yīng)時(shí)間4 h.此條件下甲苯轉(zhuǎn)化率為73.1%,PTBT的選擇性為80.8%.
【作者單位】： 東北石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院;大慶石化工程有限公司;
【分類號(hào)】：O643.36
【正文快照】： 1. Introduction 4 tert Butyltoluene(PTBT)is commercially important be  cause its derivatives,such as 4 tert butylbenzoic acid and4 tert butylbenzaldehyde,are used in the fine chemical and petrochemical industries[1 3].Conventionally,toluene but

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