改性ZSM-5分子筛催化苯与乙醇烷基化合成乙苯的研究

• 作 者: 李建军
• 机 构: 厦门大学
• 出 处: 厦门大学
• 发表日期: 2012年期
• 关键词: 改性ZSM-5分子筛 催化剂 碱镁复合改性 苯 乙醇 烷基化合成 乙苯

乙苯是一种重要的化工原料。苯与乙醇烷基化合成乙苯具有良好的开发前景。近年来,人们对ZSM-5沸石催化苯与乙醇烷基化反应进行了深入研究,然而目前ZSM-5沸石催化剂仍然存在着活性不高,稳定性差等缺点。特别是ZSM-5分子筛严重的传质限制问题限制了其应用。　　
从传质和择形催化的角度来讲,孔径分布和孔道结构是关键因素。固体酸催化剂的酸性也是影响其催化性能的关键因素。因此,为了解决上述问题,本文从分子筛的孔道结构、孔径分布和酸性的角度,采用碱处理法、添加助剂(Mg、La、P)和碱-助剂复合处理法等改性ZSM-5分子筛催化剂。通过XRD、SEM、BET、NH3-TPD等谱学表征手段研究上述改性方法对ZSM-5分子筛的形貌、酸性、孔结构的影响,评价改性后ZSM-5分子筛催化苯与乙醇烷基化的性能。　　
本文获得的主要结果如下:　　
(1)对ZSM-5分子筛催化苯与乙醇烷基化合成乙苯的反应条件进行了系统的研究,结果表明该反应适宜的反应条件为:反应温度360～400℃,苯与乙醇摩尔比为3～5,质量空速在3～7 h-1。最佳反应条件下,苯的转化率为24.3％,乙苯选择性为84.5％。　　
(2)通过对碱处理法改性ZSM-5分子筛的研究,结果表明碱改性最佳条件为:氢氧化钠溶液浓度0.2 mol/L,处理温度65℃,处理时间2.0 h。在最佳碱改性条件下,改性后ZSM-5分子筛的表面酸碱度变化不大,保留了微孔的骨架结构,同时产生了新的介孔。介孔不是通过微孔的扩大形成的,而是碱处理脱硅直接形成的。碱处理过程中外表面边缘或缺陷处优先被溶解,溶解过程由外表面深入晶格内部。碱改性ZSM-5分子筛调节孔径小于2 nm的微孔和孔径为10 nm左右的介孔分布,优化了反应条件和传质环境,提高了催化剂的烷基化性能和稳定性。最佳改性条件下改性的催化剂AT03催化苯的转化率为29.9％,乙苯选择性为89.6％。　　
(3)经Mg、La或P助剂改性ZSM-5分子筛的表面酸性变化不大,但助剂修饰了孔口,缩小孔径,增加孔道曲折度,均能提高催化剂的选择性,乙苯选择性达到88.6％～92.3％。　　
(4)碱-助剂(Mg、La或P)复合改性后的ZSM-5分子筛催化剂,L酸和B酸都强于未处理或单独碱处理的ZSM.5分子筛,同时产生了中等强度酸性位。复合改性后ZSM-5分子筛的扩散性能提高,但孔径变小,孔道曲折度增加。复合改性后ZSM.5分子筛的烷基化性能和稳定性都得到提高。尤其是碱镁复合改性后的ZSM-5分子筛,在100 h的稳定性测试实验中,苯的转化率达到28.6％,乙苯的选择性达到90.4％。