多元金属复合物催化氧气氧化异丙苯制备异丙苯过氧化物

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异丙苯液相氧化生成的过氧化氢异丙苯(CHP)是化工产业生产苯酚的重要中间体,同时过氧化氢异丙苯在高分子材料、精细化工和有机合成等领域也占有极其重要的地位。在工业上,该反应过程通常使用均相碱催化剂,加入少量CHP作为引发剂,该工艺存在诱导期长、安全性差、副产物多,产生的废液易造成环境污染、设备腐蚀和产物难分离等问题。因此,开发非均相催化剂在低温常压下反应具有较强的实际意义。本论文制备了铜基多元复合金属催化剂,将其应用于催化异丙苯液相氧化制备异丙苯过氧化物的反应。主要研究内容如下:1.采用共沉淀-超声辅助法,制备了CuO-MnO2-TiO2三元复合氧化物,利用XRD、SEM、EDS、N2吸附脱附、XPS等技术对合成的催化剂进行了表征。CuO-MnO2-TiO2在异丙苯液相氧化制备过氧化氢异丙苯的反应中具有较高的催化活性,最优的反应条件为:CuO/MnO2/TiO2的摩尔比为3/1/1.33,进料比为7.5mg/ml(催化剂/异丙苯),反应温度为85℃,反应时间为7 h,氧气流速为15ml/min。在上述反应条件下,异丙苯的转化率为56.7%,CHP的选择性为66.6%。气相色谱-质谱联用测试表明主要产物为过氧化氢异丙苯(CHP)、2-苯基-2丙醇(CA)和苯乙酮(AP)。2.采用共沉淀-超声辅助法制备了组成不同的CuO-ZnO-TiO2三元复合氧化物,利用XRD、SEM、EDS、N2吸附脱附、XPS等手段进行了表征,并对其催化氧化异丙苯生成过氧化氢异丙苯的反应性能进行了研究。CuO-ZnO-TiO2在异丙苯液相氧化制备过氧化氢异丙苯的反应中具有较高的转化率、选择性和稳定性,最优的反应条件为:CuO-ZnO-TiO2中CuO/ZnO/TiO2的摩尔比为3/1/1.33,进料比为7.5 mg/ml(催化剂/异丙苯),反应温度为85℃,反应时间为7 h,氧气流速为15 ml/min。在上述条件下,异丙苯的转化率为37.2%,CHP的选择性为94.5%。3.采用共沉淀法制备了Ca4CuxAl-LDHs复合催化剂,利用XRD、SEM、EDS、FT-IR等手段进行了表征,重点考察了铜铝摩尔比对催化剂性能的影响,并对其催化异丙苯液相氧化生成过氧化氢异丙苯的活性进行了初步探究。最优的反应条件为:Ca4Cu0.5Al-LDHs中Ca/Cu/Al的摩尔比为为4/0.5/1,进料比为7.5 mg/ml(催化剂/异丙苯),反应温度为85℃,反应时间为7 h,氧气流速为15 ml/min,异丙苯的转化率为34.5%,CHP的选择性为86.9%。
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