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环氧丙烷(PO)是重要的有机化工原料,目前PO的生产方法主要有氯醇法和间接氧化法,但是这两种方法分别产生了严重的环境污染和大量副产物。使用异丙苯过氧化氢(CHP)作氧化剂氧化丙烯制环氧丙烷的过程可有效克服这些缺点,因为副产物可以转化成原料循环使用。本论文以CHP为氧化剂,丙烯液相环氧化反应为模型反应,研究了用化学气相沉积法(CVD)制备Ti-SBA-15催化剂及其催化反应性能。
以TiCl4为钛源,用CVD法制备了Ti-SBA-15催化剂,对其在CHP环氧化丙烯制环氧丙烷反应中的催化性能进行了研究,运用ICP、XRD、N2脱附等温线、FT-IR、UV-vis和TG等近代分析的方法对催化剂进行了表征。结果表明,随着化学气相沉积时间的增加,催化剂中钛含量先增加后减少,当沉积时间为1.5h时,催化剂中钛含量到达最大,催化剂的比表面积、孔径和孔容的变化趋势与钛含量的变化趋势相反。催化剂的活性研究表明,增加气相沉积时间和温度对CHP的转化率影响不是很大,但PO的选择性会受到明显的影响,催化剂的性能与催化剂中的钛含量有直接关系。
不同方法除去SBA-15中的模板剂对催化效果有不同的影响,研究发现,乙醇萃取法除模板剂增加了表面Si-OH的数量,使得制备的Ti-SBA-15催化剂的钛含量、反应活性比焙烧法除模板剂的Ti-SBA-15大。当化学气相沉积时间为1.5h,气相沉积温度为700℃时,用乙醇萃取法除模板剂制得的Ti-SBA-15催化活性最高,CHP的转化率达到87.3％,PO的选择性达到96.4％,并且此催化剂具有较高的化学稳定性,在连续6次反应后CHP转化率为82.1％,PO选择性为85.9％。
通过对化学气相沉积制得的Ti-SBA-15的烷基化研究发现,经过烷基化后,能明显降低催化剂表面残留的Si-OH数量,降低对PO开环反应的活性,提高了对PO的选择性。烷基化时间为6 h制得的催化剂的催化反应活性最高,CHP的转化率达到90.3％,PO的选择性达到96.2％。