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乙苯和苯乙烯是重要的化工原料,乙苯是生产苯乙烯的中间体,苯乙烯主要用来制备生活中常用的塑料制品-聚苯乙烯。随着塑料行业的迅猛发展,对乙苯和苯乙烯的需求逐年增加。由甲苯和甲醇侧链烷基化一步法合成乙苯和苯乙烯的工艺,是一条具有很强竞争力的工艺路线。
本论文以甲苯甲醇侧链烷基化反应合成乙苯和苯乙烯为目标,以MCM-41分子筛为载体,采用碱土金属元素、稀土元素和双金属元素三种不同的方法对MCM-41进行了改性。考察了不同空间结构的催化剂、氮化介孔分子筛、催化反应条件对催化性能的影响,并比较了改性前后的催化性能。
首先我们考察了金属改性对反应活性的影响,发现当用碱土金属Mg、Ca、Ba、Sr改性MCM-41时,催化活性并没有很大的提高,Ba改性的效果稍佳;于是我们又用稀土元素对其改性,发现经稀土元素Ce、La、Pr改性后的MCM-41催化剂的催化活性都有了明显的提高,其中以Ce、La改性的效果最为明显,我们又研究了负载量对催化活性的影响,发现当负载量为5wt%时,我们得到最高的甲苯转化率和产物选择性,分别为4.1%和32%。
接着考察了不同结构的催化剂对反应活性的影响,当在MCM-41、SBA-15、Y、β四种不同结构的催化剂上负载5wt%的Ce时,发现MCM-41表现出较好的活性,这说明本反应的催化活性与催化剂的空间结构有很大的关系。
氮化介孔分子筛被首次应用于甲苯甲醇侧链烷基化反应中,氮化改性以后分子筛酸性中心减弱,并且产生了新的碱性位。但介孔分子筛氮化的氮含量不是很高,研究发现,氮化后的MCM-41的甲苯转化率和产物选择性都有了微弱的提高。
最后考察了反应条件对反应活性的影响,发现反应温度、甲苯甲醇摩尔比和空速对甲苯转化率和产物选择性的影响均出现极值现象,最佳的反应条件为:反应温度为475℃,甲苯与甲醇摩尔比为10:1,LHSV为2.4h-1,N2为载气,流速为10mL/min,常压。