论文部分内容阅读
3-甲基吲哚是一种重要的吲哚衍生物,其广泛应用于工业、农业及医药等各个领域。采用高效、廉价、环保的方法制备3-甲基吲哚是研究的难点和重点。以甘油和苯胺为反应原料在银基催化剂上催化合成3-甲基吲哚,满足廉价、环保化学理念,是目前合成3-甲基吲哚的最佳方法。本论文主要研究了Ag/SBA-15-ZnO及Ag/SBA-15-ZnO-CeO2催化剂上,甘油与苯胺气固相催化合成3-甲基吲哚的反应。首先采用水热合成法制备SBA-15载体材料,再通过分步等体积浸渍法将ZnO和CeO2助剂先后担载到SBA-15载体上、再担载活性组分银制成催化剂,在常压气固相反应装置上进行催化反应。采用XRD、H2-TPR、NH3-TPD、CO2-TPD、TEM及TG-DTA等方法对催化剂进行表征。研究结果显示,ZnO助剂的引入提高了活性组分银在载体上的分散度,并有效抑制了银粒子的烧结,但催化剂的酸性也有所增强。Ag/SBA-15-ZnO(Ag担载量1.000mmol/g、ZnO含量1.000 mmol/g)催化剂在还原温度为180℃、还原气比例为N2:H2=15:15(mL/min)、催化反应温度为220℃、反应混合气比例为N2:steam:H2=9:16:15(mL/min)时,催化剂的活性和选择性最佳。3-甲基吲哚的收率达到45%、选择率达到52%。向Ag/SBA-15-ZnO中引入CeO2助剂,通过各种表征手段考察CeO2对催化剂的结构和性能的影响。结果表明,CeO2助剂虽然不利于活性组分Ag在载体上的分散,但能降低催化剂的酸性,从而抑制积碳的生成。当CeO2助剂含量为0.050 mmol/g、还原温度为170℃、还原气比例为N2:H2=15:15(mL/min)、催化反应温度为210℃、反应混合气比例为N2:steam:H2=9:16:15(mL/min)时,Ag/SBA-15-ZnO-CeO2催化剂的活性和选择性最佳,3-甲基吲哚的收率达到62%、选择率为75%。将Ag/SBA-15-ZnO-CeO2催化剂再生、重复使用5次,3-甲基吲哚的收率下降9%。通过对Ag/SBA-15-ZnO-CeO2催化剂上苯胺与甘油反应产物的气质分析和甘油氢解、丙酮醇催化转化以及苯胺与丙酮醇、苯胺与1,2-丙二醇催化反应的气相色谱分析,提出了该催化剂上苯胺与甘油气-固相催化合成3-甲基吲哚的反应机理。