固体酸的设计及其在乙基叔丁基醚合成中的催化性能研究

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β分子筛由于具有合适的孔道结构和较强的酸性,成为合成ETBE的有效催化剂。杂多酸及其盐类化合物以其独特的酸性、准液相行为和多功能等特点受到研究者们的广泛关注。固体超强酸由于不腐蚀设备,不污染环境,催化反应温度低,成为催化领域的研究热点。   本文以β分子筛、杂多酸和固体超强酸为主要研究对象,分别采用不同的方法对三者进行改性。以调变其B酸和L酸的相对含量;增大其比表面积、改善其孔结构为切入点,目的是设计高活性的催化剂。   本文用HNO3、NH4NO3、HF、La[NO3)3对β分子筛改性,还制备了介孔-微孔复合分子筛Hβ-MCM41,并将它们用于乙醇和叔丁醇为原料合成ETBE的反应中。所得结果如下:   a.用HNO3、NH4NO3、HF对β分子筛进行改性,改性后β的B酸量增加,催化活性较高,其中2%HF酸改性后β的活性高于其余两者。   b.采用离子交换法和浸渍法对β改性,制备了不同镧负载量的催化剂x%La/β,经表征发现,两种方法负载镧后β分子筛骨架都保持完好,但结晶度明显降低;交换法制备的催化剂的B酸量较浸渍法的多。将其作为催化剂用于乙醇和叔丁醇为原料合成ETBE的反应,其活性也较高,说明B酸是此醚化反应的主要活性中心;另外,与交换法相比,采用浸渍法镧不能很好的进入β孔道与Na+交换,而只能在β表面堆积,阻塞了分子筛孔道,催化活性较低,说明孔道结构也对催化剂的活性和选择性有很大影响。   c.以β-(25)为原料合成了β-MCM41(25)。通过表征发现,β-MCM41(25)既具有介孔分子筛MCM41的特征结构,又具有微孔分子筛β的特征结构,是一种介孔-微孔复合分子筛。且其B酸量比β(25)及MCM41(25)的多。在合成ETBE的反应中其催化活性也比HMCM41(25)和Hβ(25)的高。说明了B酸是此醚化反应的主要活性中心;另外,Hβ-MCM41(25)特殊的介孔-微孔结构,使其既有很好的扩散性能又有很好的择形催化能力,有利于其催化活性和选择性的提高。   采用浸渍法制备了负载型磷钨酸催化剂,负载后PWA的粒径明显减小,大概为5纳米,比表面积增大,并且有部分PWA进入分子筛孔道中,对MCM-41孔道结构起了一定的修饰作用,提高了催化剂的选择性。将其用合成ETBE的反应,结果表明,负载型催化剂与纯PWA相比,前者使TBA的转化率,ETBE选择性都有很大的提高。   本文制备了负载型固体超强酸,研究了载体和负载量对催化剂性能的影响。得出以下结论:   a.随着固体超强酸负载量的增加,MCM-41的结晶度相对减弱;B酸量随着负载量的增加而增加。负载型固体超强酸的比表面积明显大于非负载型,载体MCM-41的孔容、孔径明显变小,说明有部分固体超强酸进入MCM-41孔道中。   b.以合成ETBE的反应为探针,测试了非负载型和负载型固体超强酸的催化活性。结果表明,MCM-41为最优的载体;SBA-15也是较好的载体;负载型固体超强酸的催化活性较非负载型的明显升高。
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