ZSM-5沸石的改性及其在氧化苯乙烯重排制备苯乙醛中的催化性能

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醛是一类重要的化工原料或合成中间体,在传统的制备方法(氧化法和还原法)中,很难控制反应的进度,不可避免的要生成一定量的醇或羧酸等副产物。而环氧化物在酸性催化剂上能够发生重排生成醛类化合物,这是一类原子经济性反应,同时还避免了醛被氧化或还原。但是醛的性质较活泼,很容易发生羟醛缩合或聚合等副反应,导致催化剂因积碳而快速失活。本文以氧化苯乙烯重排制备苯乙醛为目标反应,在无溶剂的气相条件下,以N2为载气,考察了HZSM-5沸石的酸性和孔道结构对重排反应的影响,并采用磷改性和碱处理改性,分别对沸石的酸性和孔道结构进行了修饰。氧化苯乙烯的重排反应主要发生在HZSM-5沸石的强酸位上,且不同硅铝比的HZSM-5沸石(SiO2/Al2O3=25~360)均能完全催化此反应的进行。酸性位的强度和浓度都影响着催化剂的稳定性,要想提高催化剂的寿命,在增加酸性位的浓度的同时,还要降低它们的酸强度。本反应的主要的副产物为苯乙醛的二聚体(2,4-二苯基-2-丁烯醛)和三聚体(2,4,6-三苄基-s-三氧杂环己烷),二聚体是苯乙醛通过羟醛缩合反应生成的,不受催化剂酸性的影响,选择性始终保持在1~3%之间;三聚体则是苯乙醛在催化剂外表面的酸性位上发生三聚反应生成的,导致苯乙醛的选择性明显下降。磷改性HZSM-5沸石(P/Al≤1.0)上强酸位的酸强度和酸浓度下降,从而降低了催化剂表面的积碳速率,使得催化剂的寿命提高了近一倍。另外,磷改性还钝化了沸石外表面上的酸性位,抑制了三聚体的生成,提高了苯乙醛的选择性。碱处理(0.2mol/L NaOH)在HZSM-5沸石晶体内部引入了一定的介孔孔道(14nm左右),加快了反应物料在孔道内的扩散速率,苯乙醛能够尽快脱离催化剂表面,催化剂的寿命提高了近四倍。但是碱处理使得一部分原先位于微孔表面上的酸性位暴露在了外表面上,这些外表面的酸性位能够催化苯乙醛发生三聚反应,使得苯乙醛的选择性稍有降低。
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