Hβ分子筛在制备2-乙基蒽醌过程中的催化工艺优化

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本文研究了具有不同孔道结构的HZSM-12、HZSM-5、USY、Hβ沸石分子筛催化剂在乙苯与苯酐一步法合成2-乙基蒽醌反应中的催化性能,其中Hβ分子筛表现出最优的催化性能。以Hβ分子筛为催化剂时,在最优反应工艺条件(反应温度200℃、反应时间3 h、催化剂用量为反应物的11 wt%、反应物料配比乙苯与苯酐的摩尔比为5:1)下,苯酐的转化率和2-乙基蒽醌的选择性可分别达到35.0%和93.5%。研究了SiO2/Al2O3对Hβ沸石分子筛在乙苯与苯酐一步法合成2-乙基蒽醌反应中催化性能的影响,并利用NaOH溶液对其进行了碱脱硅改性。通过XRD、SEM、FT-IR、N2物理吸附、29Si MAS NMR、NH3-TPD、Py-IR等表征手段,研究了NaOH浓度对脱硅处理后Hβ分子筛结构、酸性及其在乙苯与苯酐一步法合成2-乙基蒽醌反应中催化性能的影响。结果表明,碱脱硅改性不仅提高了Hβ分子筛的酸性位密度,而且产生的二次介孔改善了过渡态和反应产物的扩散性能,在最优催化工艺条件下,苯酐的转化率为37.8%,2-乙基蒽醌的选择性为95.2%。碱处理后的Hβ分子筛催化剂具有较高的稳定性。催化剂使用四次后,苯酐的转化率仅下降了2.5%,2-乙基蒽醌的选择性下降了4.5%。使用柠檬酸、酒石酸、草酸等对Hβ分子筛进行了酸脱铝改性研究,并考察了改性后Hβ分子筛在乙苯与苯酐一步法合成2-乙基蒽醌反应中的催化性能。通过考察酸浓度、酸处理温度及时间对催化性能的影响,对酸脱铝改性工艺条件进行了优化。在最优改性工艺条件下制备的Hβ分子筛的催化作用下,对乙苯与苯酐一步法合成2-乙基蒽醌反应的工艺条件进行了优化。研究结果表明,采用低浓度柠檬酸进行酸脱铝改性时,在脱除分子筛中非骨架铝物种的同时进行骨架补铝,改变了分子筛中B酸与L酸的分布,提高了分子筛的催化性能。当采用柠檬酸改性的分子筛为催化剂时,苯酐的转化率可达42.4%,2-乙基蒽醌的选择性为93.3%。利用热重分析法研究了柠檬酸改性前后分子筛的积碳行为,采用直接焙烧的方式对柠檬酸改性的Hβ分子筛进行再生处理可以使分子筛恢复到新鲜催化剂的水平。催化剂使用五次后,2-乙基蒽醌的选择性仅下降了1.4%,苯酐的转化率下降了5%。
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