介孔分子筛及磷钨多酸负载型催化剂的制备及应用

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分别采用酸碱相结合处理和碱处理的方法对含有模板剂四乙基氢氧化铵(TEAOH)的丝光沸石(HM)分子筛和Hβ沸石分子筛进行改性处理,制备了介孔HM沸石分子筛和介孔Hβ沸石分子筛;采用过量浸渍法制备了不同PW负载量的PW/介孔HM、PW/介孔Hβ催化剂,在间歇式不锈钢高压反应釜中考察了这几种催化剂在桥式四氢双环戊二烯(endo-TCD)异构化制备金刚烷(ADH)反应中的催化性能。利用XRD、液N2吸附、NH3-TPD和SEM等技术对催化剂试样进行了详细的物化表征,并对各个催化剂在endo-TCD异构化制备ADH反应中的催化性能和作用规律进行讨论与总结。主要研究内容包括:  ⑴介孔HM沸石分子筛催化剂。结果表明,先采用6mol/LHCl溶液对低硅铝比HM(Si/Al=9)进行酸处理,使其硅铝比提高到30,再用不同浓度的NaOH溶液进行碱处理,可以引入部分介孔,并且其表面均能保持较为完整的晶体形貌。随着NaOH浓度的提高,丝光沸石分子筛中介孔结构逐渐引入,endo-TCD的转化率和ADH率随之增加;当NaOH处理浓度为0.2mol/L时,HM-6H-0.2沸石分子筛由于其适宜的酸性质和良好的扩散性能,endo-TCD的转化率和ADH收率达到最高,分别为65.3%和11.0%。以HM-6H-0.2沸石分子筛为催化剂,在适宜的操作条件下,即反应温度260℃,w(catalyst)/w(endo-TCD)=0.6,反应时间为6h时,endo-TCD的转化率达到98.5%,ADH的收率为33.7%;且催化剂再生能力良好,重复使用5次后,ADH的收率还高达28.5%。  ⑵PW/介孔HM沸石分子筛催化剂。结果表明,采用NaOH溶液处理HM沸石分子筛,引入了部分介孔结构;PW负载质量分数为30%时,其在HM(0.20)沸石分子筛表面仍呈高度分散状态;20%PW/HM(0.20)催化剂样品拥有最大的酸量。采用20%PW/HM(0.20)沸石为催化剂,在适宜的操作条件下,即反应温度260℃,w(catalyst)/w(endo-TCD)=0.5,反应时间为6h时,endo-TCD的转化率达到98.9%,ADH的收率为32.3%;且催化剂再生能力良好,重复使用5次后,ADH的收率还高达27.4%。  ⑶PW/介孔Hβ沸石分子筛催化剂。结果表明,当PW酸负载量达到30%时,其仍能在介孔Hβ沸石表面呈高度分散,且对应的催化剂的酸量最大。采用30%PW/介孔Hβ沸石为催化剂,在反应温度240℃,w(catalyst)/w(endo-TCD)=0.6,反应时间为5h时,endo-TCD的转化率达到99.4%;与PW/Hβ沸石相比,PW/介孔Hβ沸石由于其存在部分介孔,ADH的收率提高至原来的146%,即由原来的22.4%提高至32.7%;且催化剂再生能力良好,重复使用6次后,ADH收率还高达28.7%。催化剂的酸量及孔结构是影响其活性和选择性的重要因素,酸量大且具有合适孔径的催化剂在endo-TCD异构化制备ADH的反应中表现出较高的催化性能。随着异构化反应时间的延长,大量的开环产物及焦炭影响了ADH的收率。
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