【摘 要】
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苯(Benzene)、甲苯(Toluene)和二甲苯(Xylenes)等轻质芳烃是重要的化工产业原料,其主要来源于石油组分的催化重整。由于化石燃料的减少,木质纤维素生物质因为其来源广泛、经济性好等因素,作为可再生碳源得到广泛的关注。呋喃类化合物就是从生物质获得的平台化合物之一,这些化合物是高附加值化学品的前驱体。呋喃类化合物在分子筛催化下能生成苯、甲苯和二甲苯等轻质芳烃,但是存在轻质芳烃选择性不高
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苯(Benzene)、甲苯(Toluene)和二甲苯(Xylenes)等轻质芳烃是重要的化工产业原料,其主要来源于石油组分的催化重整。由于化石燃料的减少,木质纤维素生物质因为其来源广泛、经济性好等因素,作为可再生碳源得到广泛的关注。呋喃类化合物就是从生物质获得的平台化合物之一,这些化合物是高附加值化学品的前驱体。呋喃类化合物在分子筛催化下能生成苯、甲苯和二甲苯等轻质芳烃,但是存在轻质芳烃选择性不高、催化剂积碳率高易失活等问题。本文使用甲醇和2-甲基呋喃共催化转化可以实现反应和能量的耦合,同时研究多级孔分子筛和金属改性多级孔分子筛的孔隙结构、酸位类型、酸量等因素对反应的影响。得到了以下几点成果和结论。对反应温度、质量空速、载气流速这三个实验条件进行了优化,以轻质芳烃选择性和积碳率为考察指标,当反应温度为550℃,质量空速为4 h-1,载气流速为60 ml/min时,轻质芳烃的碳收率最高,积碳率也较低。使用不同碱处理后的催化剂反应生成的积碳减少,NaOH和NaHCO3处理后轻质芳烃碳收率显著提高。当NaOH的浓度从0.1 M增加到0.5 M时轻质芳烃碳收率先增加后减小,但均比未改性的分子筛高,在0.3 M达到最高(70.45%)是未改性分子筛的1.63倍。这是碱处理后分子筛形成多级孔结构和路易斯酸增加共同作用的结果。碱处理时间的增加轻质芳烃碳收率呈现下降趋势。氯化铵离子交换时间从1 h增加到8 h,轻质芳烃碳收率呈现上升趋势。利用同位素示踪法标记甲醇发现甲醇在反应中主要有两种路径参与反应。一是甲醇先生成烯烃再与呋喃发生双烯加成,二是甲醇参与芳烃的烷基化。对反应产生的积碳考察发现反应产生的积碳类型有很多种,主要以失重峰在550℃附近的积碳类型为主。Ga、Zn、Mo、W四种金属改性的多级孔分子筛,只有W/ZSM提高了轻质芳烃碳收率(70.62%),四种金属改性后的催化剂反应后产生的积碳都明显增多。对Zn采用不同负载方法负载,发现轻质芳烃选择性:过量浸渍法>机械混合法>等体积浸渍法。
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