基本信息
- 項目名稱：
- 鐵改性的FSM-16分子篩催化苯酚與過氧化氫反應合成苯二酚
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 本工作選用中孔分子篩FSM-16為載體，采用負載法用鐵進行改性。催化劑制備方法簡單，不需要晶化，而且原料來源廣泛。通過XRD、TEM、TPD等技術研究鐵存在的狀態(tài)和催化劑表面酸性與催化劑性能之間的關系，并優(yōu)化反應條件。
- 詳細介紹：
- 以過氧化氫為氧化劑，苯酚直接羥基化反應合成苯二酚是一條反應條件溫和、環(huán)境友好的合成路線。工業(yè)上以TS-1分子篩催化劑，但是TS-1分子篩生產成本較高，不易分離，回收困難。因此研究和開發(fā)制備簡單、成本低、催化性能優(yōu)良、易于分離回收且可再生的催化劑是該反應催化劑研究的重點。 本工作選用中孔分子篩FSM-16為載體，采用負載法用鐵進行改性。催化劑制備方法簡單，不需要晶化，而且原料來源廣泛。通過XRD、TEM、TPD等技術研究鐵存在的狀態(tài)和催化劑表面酸性與催化劑性能之間的關系，并優(yōu)化反應條件。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 本工作選用中孔分子篩FSM-16為載體，采用負載法用鐵進行改性。催化劑制備方法簡單，不需要晶化，而且原料來源廣泛。通過XRD、TEM、TPD等技術研究鐵存在的狀態(tài)和催化劑表面酸性與催化劑性能之間的關系，并優(yōu)化反應條件。
科學性、先進性及獨特之處
- 本工作從需求出發(fā)，以簡單易制的FSM-16為載體，鐵改性后催化苯酚與過氧化氫反應合成二酚，催化性能優(yōu)異，可與在工業(yè)生產使用的TS-1分子篩相比。而TS-1分子篩需要用乙醇或丙酮作溶劑，F(xiàn)e/FSM-16直接用水作溶劑，就可以達到同樣的催化性能。因此本工作中的催化劑是更“綠色”的催化劑。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 我國苯二酚的生產工藝比較落后，只有少數企業(yè)采用苯酚與過氧化氫的方法生產。產品質量差，生產能力低，三廢污染嚴重，不能滿足國內的需求量，每年需要進口。所以，開發(fā)鄰、對苯二酚的生產技術具有很大的市場需求和發(fā)展空間。針對這樣的狀況，本工作以制備方法簡單的FSM-16為載體，鐵進行改性，其催化劑性能可與工業(yè)上使用的TS-1分子篩的性能相比。本工作對于相關酚類化合物的合成有指導作用和應用價值。
學術論文摘要
- 鄰苯二酚和對苯二酚是重要的精細化工產品，苯酚與過氧化氫羥基化生產鄰苯二酚和對苯二酚是目前合成苯二酚的綠色工藝路線之一，國內外也進行了大量的研究。其中以TS-1分子篩為催化劑，苯酚的轉化率達到25%，二酚的選擇性為90%。但是TS-1分子篩生產成本較高，不易分離，回收困難。制備成本低、易回收、活性高、可替代TS-1的催化劑是該工藝路線的主要研究方向。 本文制備FSM-16分子篩后，通過負載法Fe(NO3)3?9H2O為鐵源對FSM-16分子篩進行改性。以水為溶劑催化氧化苯酚與過氧化氫羥基化反應合成苯二酚。當鐵負載量為5%(wt)，苯酚與過氧化氫的摩爾比為3:1，反應溫度60 ℃，催化劑0.1 g，反應6 h，苯酚的轉化率達29.1%，苯二酚選擇性為93.5%。其結果與在工業(yè)生產使用的TS-1分子篩的催化活性相近，具有工業(yè)應用的前景。表征結果表明，鐵進入分子篩孔道內并生成Fe2O3。
獲獎情況
- 無
鑒定結果
- 無
參考文獻
- [1] A. Thangaraj, R. Kumar, P. Ratnanasmy, Catalytic properties of crystalline titanium silicalites. Hydroxylation of phenol with hydrogen peroxide over TS-1 zeolites [J]. J Catal, 1991, 131 (1): 294-297. [2] A. L. Villa, C. A. Caro, C. M. de Correa. Cu- and Fe-ZSM-5 as catalysts for Phenol hydroxylation [J]. J Mol Catal A Chem, 2005, 228: 233-240.
同類課題研究水平概述
- 國內外科研工作者對苯酚與過氧化氫直接羥基化合成苯二酚的催化劑的研究主要有以下幾類：金屬改性的分子篩催化劑、金屬氧化物催化劑、雜多酸化合物催化劑、過渡金屬離子催化劑和其他類型催化劑。 劉紅等以月桂醇聚氧乙烯醚為模板劑，在中性條件下合成出了Fe-MSU-1介孔分子篩。研究結果表明，F(xiàn)e3+進入了分子骨架，F(xiàn)e3+主要以四配位的形式存在，無骨架外Fe2O3物種形成。以水為溶劑，苯酚/過氧化氫摩爾比為3，反應溫度353 K，反應時間7 h的條件下，苯酚和過氧化氫的轉化率以及苯二酚的選擇性分別達到20.4%、96.9%和99.6%。 胡昌建等以十二胺(DDA)為模板劑，正硅酸乙脂為硅源，分別以 CuCl2、 CuAc2、Cu(NH3)4+為銅源，在pH為8~9，室溫下合成出不同介孔的Cu-HMS分子篩，結果表明。使用 Cu(NH3)4+合成的Cu-HMS樣品其結晶有序度好，骨架中銅含量最高，在苯酚羥基化也具有最高的催化活性，反應溫度在353 K，苯酚與過氧化氫的摩爾比1:1，催化劑質量占5%，反應4 h下，苯酚的轉化率和苯二酚的選擇性分別為35.8%、96%。 陳春霞等制備了CuO/納米載體的催化劑，考察了納米載體和CuO負載量的關系。結果表明，納米水滑石(HT)為載體時催化劑對苯酚羥基化反應的催化活性最高，在400 ℃下焙燒1 h的CuO/HT作催化劑，苯酚質量分數為2%，在75 ℃下反應2 h，苯酚的轉化率為27.98%，過氧化氫的有效利用率為55.96%。 英國的SolvayInterox公司合成雜多化合物催化劑，采用具有Keggin結構的鉬釩磷、鎢釩磷和鉬鎢磷的雜多酸鹽催化劑，產物中苯二酚的選擇性可以達95%以上。胡玉才合成了具有Keggin結構的As-Mo-V雜多酸的十六烷基吡啶鹽，以它為催化劑，苯酚與過氧化氫反應，選擇性的生成對苯二酚，研究發(fā)現(xiàn)，當反應溫度在70 ℃，ω催化劑/ω苯酚=0.4%，n苯酚/n過氧化氫=4:1，ω乙腈/ω苯酚=2，反應時間2 h，此時苯酚的轉化率達17.1%，對苯二酚選擇性87.5%，鄰苯二酚選擇性達6.6%。 研究和開發(fā)出價格低廉、性能優(yōu)良、高轉化率、高選擇性、合成簡單、易于分離回收、無污染的催化劑是目前研究的主要方向。
