环己酮制己内酯和溴甲烷制对二甲苯及烯烃的催化研究

【摘要】已内酯主要用于聚合生产聚已内酯,广泛应用于生物学、涂料、电子等领域。由于原料的质量和安全性问题,使得已内酯的合成技术要求高、难度大。碳材料作为非金属催化剂受到越来越多的关注。本文探究了碳材料(石墨、多壁碳纳米管、活性炭)在环已酮氧化制备已内酯反应中的催化应用。研究结果表明,所选碳材料对此反应表现出优越的催化性能；其中石墨的催化活性最好,在反应温度55℃、溶剂为1,2-二氯乙烷条件下反应3h,环已酮的转化率为99.6%,已内酯的收率高达99.0%。还揭示了碳材料表面缺陷越小,电子流动性越强,越有利于反应的进行。此外,石墨作为催化剂具有良好的稳定性和可循环使用性能。这些研究结果有望为环已酮氧化制备已内酯提供一条相对廉价的途径。随着石油资源日趋枯竭,原油价格持续上涨,天然气的资源化利用备受关注。本文开发了以溴甲烷和苯为原料,在优选P-Zn/HZSM-5催化作用下制备对二甲苯的新工艺。在反应温度为475℃、苯的质量空速为1.5h-1、以及溴甲烷和苯摩尔比为2：1的条件下,苯的转化率达43.6%,对二甲苯的选择性为91.2%,对二甲苯占液相产物的28.7%。结合XRD、BET和NH3-TPD等表征结果可以推测,苯的转化率由催化剂的内外表面酸性决定,对二甲苯的选择性与催化剂外表面的弱酸性位点紧密相关,催化剂的失活主要是由溴甲烷芳构化积炭引起的。由于甲烷通过溴化(或者溴氧化)可以制备溴甲烷以及无氧芳构化反应制备苯,因此,该研究成果证实了只以天然气为碳、氢源在常压下合成对二甲苯是可行的。在此基础上,还开发了以溴甲烷为原料,在SAPO-34分子筛催化作用下制备低碳烯烃的新工艺；主要考察不同硅含量及不同金属改性的SAPO-34对反应的影响,随着硅含量的增加,溴甲烷的初始转化率增加；Mg、Mn、Co、Fe和Ni的引入,降低了SAPO-34的催化活性,提高了乙烯的选择性；而Zn的引入则提高了反应的催化活性。结合XRD、SEM、NH3-TPD和TG-DTA等表征结果获知,溴甲烷的转化率取决于催化剂的强酸酸量,乙烯的选择性取决于催化剂的弱酸性位。
【作者】李岳芳；
【导师】尹双凤；
【作者基本信息】湖南大学，化学工程与技术，2013，硕士
【关键词】催化；环己酮；石墨；溴甲烷；对二甲苯；低碳烯烃；HZSM-5；SAPO-34；

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