酸处理杭锦2~#土催化剂的制备及其在松节油异构化反应中的应用

来源 :内蒙古师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yjn511
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松脂作为重要的可再生资源,其深加工产品广泛应用于合成香料、药物及精细化学品方面,整个关联产业已占到GDP的10%。松脂经粗加工可制得松香和松节油,有关松香的研究已比较成熟,而松节油深加工涉及酯化、异构化、水合、聚合、歧化等多种反应。松节油异构化可制得莰烯、柠檬烯、蒈烯等物质,主要用于合成樟脑、萜烯树脂和香料等。固体酸催化剂具有腐蚀性小、环境友好、产品后处理简单等优点,在松节油异构化反应中得到广泛应用。但是,由于固体酸催化剂成本高,寿命短等原因,限制了其在工业生产上的推广应用。杭锦2#土是一种复合型硅铝酸盐粘土矿物,该粘土矿物储量丰富、易于开采、价格低廉,受到众多研究者的关注。目前对杭锦2#土的研究主要集中在有机、无机污染物的吸附以及有色物质的脱色方面,用于催化剂方面的研究相对较少。将杭锦2#土应用于松节油异构反应的研究极少,在固定床反应器中进行松节油异构化反应的研究至今未见报道。该论文尝试将杭锦2#土应用到松节油异构化反应中,分别采用硫酸、盐酸和磷酸处理杭锦2#土制备了系列催化剂。将所制备催化剂运用在间歇反应器中,系统考察了催化剂的制备条件对反应活性的影响,并确定了最佳反应条件;在此基础上,尝试创新反应工艺,将松节油异构化反应用于固定床反应器上,确定了催化剂的制备条件与反应条件,为松节油异构化反应在固定床反应器中的应用提供可靠依据;通过XRD、FTIR、NH3-TPD、TG-DTA等测试手段对催化剂进行表征,探讨了影响催化剂活性的主要因素,并初步考察了催化剂的稳定性。实验结果表明:(1)分别采用盐酸和硫酸处理杭锦2#土制得活性白土,水洗处理前后催化剂的反应的活性不同。两种酸处理后经水洗处理,催化剂的活性均明显提高。这可能是由于水洗处理使催化剂表面溶出的物质脱去,比表面积增大,酸性增强,酸量增多造成的。(2)以上述制得的活性白土为载体,分别用硫酸和磷酸浸渍处理,制得SO42-/活性白土和PO43-/活性白土两种固体酸催化剂,将其应用到松节油异构化反应中,SO42-/活性白土催化剂的活性高于PO43-/活性白土催化剂。(3)采用浸渍法制备SO42-/杭锦2#土固体酸催化剂,最佳制备条件为:酸浸浓度为1.5mol·L-1,酸浸温度90℃,酸浸时间4h,焙烧温度350℃,焙烧时间4h。松节油异构化的最佳反应条件为:反应温度150℃,反应时间3h,催化剂用量为(松节油的质量百分比)3%。该条件下蒎烯的转化率100%,莰烯选择性51.9%。平行实验3次后,蒎烯转化率均为100%,莰烯选择性基本不变,实验重现性良好。(4)将SO42-/杭锦2#土催化剂应用在固定床反应器上,催化剂最佳制备条件为:酸浸浓度为3.0mol·L-1,酸浸温度90℃,酸浸时间4h,焙烧温度350℃,焙烧时间2h。松节油异构化的最佳反应条件为:反应温度185℃,质量空速为0.8 h-1,载气流速为70ml/min。该条件下,蒎烯的转化率为100%,莰烯选择性为52.6%。
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