甲苯侧链烷基化制苯乙烯双功能催化剂结构特征及反应工艺研究

作     者：侯珊 

作者单位：北京化工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：季生福

授予年度：2022年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：甲苯 侧链烷基化 苯乙烯 MgAl-LDO 酸碱双功能 

摘      要：苯乙烯是一种基础化工原料,在有机化工生产中有重要地位。工业上主要采用苯和乙烯烷基化反应生成乙苯,乙苯再催化脱氢两步法制备苯乙烯,该工艺流程较为复杂,开发一种新的生产苯乙烯的工艺很有必要。研究发现甲苯侧链烷基化工艺可以一步得到苯乙烯,该工艺流程简单且能耗低,有很好的发展前景。甲苯侧链烷基化需要具有一定空间结构和酸碱位点的催化剂。层状复合氧化物(LDO)具有层状结构和不同的酸碱位点,应用于多种酸碱催化反应。本论文将MgAl-LDO引入甲苯侧链烷基化反应,制备了二维层状结构的催化剂Cs/MgAl-LDO@X和HBO/Cs/MgAl-LDO@X。采用XRD、SEM、TPD多种方法分析了催化剂的结构和性质,并对反应性能进行了评价。采用共沉淀法以不同分子筛为载体、硝酸镁为镁源、硝酸铝为铝源制备了MgAl-LDH@Zeolite,浸渍Cs干燥并焙烧后得到Cs/MgAl-LDO@Zeolite,测试发现以X分子筛为载体性能最好。对前体MgAl@X进行表征,发现XRD图中可以发现Mg-Al水滑石的特征峰,SEM图中看到MgAl-LDO呈片状较为均匀地分布在分子筛表面,说明MgAl-LDO成功生长在X分子筛上。浸渍Cs并焙烧后催化剂的骨架结构破坏较小,酸碱性表征发现酸量降低,中强碱位点强度增加。改变MgAl-LDO的生长量、Mg-Al比例、Cs浸渍量、滴定p H、制备时间、后处理溶剂等条件制备了一系列Cs/MgAl-LDO@X,通过性能测试确定了最佳制备条件。对反应条件进行研究,发现当原料比为5、温度为425℃、空速为2 h时Cs/MgAl-LDO@X性能最佳,此时甲苯转化率为4.33%,苯乙烯选择性为60.07%。在Cs/MgAl-LDO@X上继续浸渍不同酸性物质和含硼物质调节催化剂的酸碱性,研究发现浸渍HBO反应性能最好。对HBO/Cs/MgAl-LDO@X进行表征,发现浸渍HBO后XRD特征峰强度增大,且HBO在催化剂表面分布均匀。SEM图可以看出HBO/Cs/MgAl-LDO@X催化剂仍然保持二维层状结构,酸碱性表征发现浸渍HBO覆盖了弱酸位点并带来了较强的酸位点,总酸量增加,碱强度减弱。改变HBO加入方式和加入量制备了一系列催化剂,发现采用先后浸渍法、HBO加入量为5wt%的催化剂性能最好。对HBO/Cs/MgAl-LDO@X催化剂的反应工艺进行研究,发现当原料比为5、温度为450℃、重时空速为2 h时反应性能最好,此时甲苯的转化率为8.05%,苯乙烯选择性为66.30%。