MCF接枝固载席夫碱钼配合物的制备及其催化丙烯环氧化

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环氧丙烷是重要的基础化工原料,用于生产聚醚多元醇、丙二醇和各类非离子表面活性剂。共氧化法因其技术经济优势是我国鼓励采用的环氧丙烷生产技术,其中异丁烷共氧化法(PO/TBA工艺)是利用丙烯与异丁烷的氧化产物叔丁基过氧化氢(TBHP)环氧化制得环氧丙烷。该工艺采用的均相钼配合物催化剂环氧化效率高,但分离与回收困难,从而引起设备结垢,装置经济性下降等一系列问题,因此构建稳定高效的非均相钼系催化剂应用于丙烯环氧化反应成为众多研究者关注的问题。在本课题组前期的研究工作中,采用一步法原位制备了介孔二氧化硅泡沫(MCF)负载型席夫碱钼配合物。该负载型钼配合物在丙烯环氧化反应中催化性能较好,但存在活性组分流失,稳定性差的问题。为进一步提高催化剂的稳定性,本论文采用逐步接枝的方法制备MCF固载型席夫碱钼配合物,探讨制备方法和配体形式对催化剂活性和稳定性的影响,主要开展了如下工作:首先,利用氨基化修饰后的MCF与吡啶-2-甲醛缩合之后形成的席夫碱配体与乙酰丙酮钼原位键合形成席夫碱钼配位结构,通过多种表征手段证实成功制备出MCF-N=CPy-Mo O2非均相催化剂,其活性中心为Mo(VI),但存在直接与氨基配位的Mo(V)配合物结构。以1,2-二氯乙烷为溶剂的叔丁基过氧化氢(除水)为氧源,考察MCF-N=CPy-Mo O2催化丙烯环氧化性能,发现在烯过比为10:1,m(catalyst)=1.69wt.%,温度120℃,反应1h的条件下,TBHP的转化率达到97.2%,PO的选择性达到82.4%。在考察其稳定性时发现仍存在组分流失的现象,其中以Mo(V)的大量流失为主,仅有少量的Mo(VI)流失。其次,为了减少Mo(V)对催化剂结构和性能的影响,改变固载型催化剂的合成顺序,先让吡啶-2-甲醛与3-氨基丙基-三乙氧基硅烷(APTES)缩合,再与乙酰丙酮钼配位,然后将其固载在MCF载体上。改变APTES和吡啶-2-甲醛的比例制备了Mo O2-N=CPy@MCF,并通过多种手段表征催化剂结构,Mo(VI)仍然为活性钼物种。以1.2-二氯乙烷为溶剂的叔丁基过氧化氢为氧源,在烯过比为10:1,m(catalyst)=1.69wt.%,温度120℃,反应1h的条件下,胺醛摩尔比例为1:2得到的Mo O2-N=CPy@MCF-2催化丙烯环氧化性能较优,TBHP的转化率为81.1%,PO的选择性达到86.1%。Mo(V)比例越低,催化性能越好。考察Mo O2-N=CPy@MCF-2稳定性时发现,重复使用2次后,其催化性能没有改变,也没有出现结构变化。第三,分别采用水杨醛和5-氯甲基水杨醛、乙二胺为配体来源,改变配位结构制备了催化剂MCF-N=CSa-Mo O2和Mo O2-salen H2@MCF,利用多种手段表征其结构,可知其活性中心为Mo(VI),且都存在极少比例的Mo(V),因为配位元素的差异以及空间位阻的影响导致二者钼含量相对较低,但配位元素的调变和对称的配体结构有利于钼中心L酸性的增强,从而有利于催化性能的提升,在相同的反应条件下,MCF-N=CSa-Mo O2和Mo O2-salen H2@MCF的催化效率远远高于MCF-N=CPy-Mo O2
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