论文部分内容阅读
本文对改性Al-MCM-41分子筛上气相贝克曼重排反应进行了研究。采用等体积浸渍法,制备了磷酸和硼酸改性的Al-MCM-41分子筛催化剂。使用固定床反应器,对催化剂的活性进行了评价,并采用XRD,SEM,N2吸附,FT-IR,NH3-TPD,MAS NMR,UV-Vis,XPS,TGA以及GC-MS等表征手段对反应前后的催化剂进行了一系列的表征,研究了催化剂表面的积碳情况和催化剂的活性位点,并采用化学计算的方法,探索了磷改性Al-MCM-41分子筛的结构以及气相贝克曼重排可能的反应历程。磷改性Al-MCM-41分子筛提高了催化剂的活性,己内酰胺的选择性由64%提高至80%左右。腈类和酮类是气相贝克曼重排的主要副产物,随着反应温度的升高,腈类增多,酮类减少。在所考察的40小时内,催化剂的活性基本没有发生改变,磷改性Al-MCM-41分子筛有着良好的稳定性。提高弱酸中心的数量有利于提高己内酰胺的选择性。硼改性Al-MCM-41分子筛也提高了催化剂的活性,己内酰胺的选择性最大可达到78%。硼的引入可以提高己内酰胺的选择性,但其选择性与硼加入量并不成线性关系。硼在分子筛中积聚会降低己内酰胺的选择性并容易导致催化剂失活。己内酰胺的选择性与分子筛中弱酸中心,尤其是弱Br(?)nsted酸中心有密切关系,它是气相贝克曼重排的活性中心。积碳是催化剂失活的主要因素。积碳在催化剂表面以无定形形态存在,主要以软积碳和硬积碳两种类型沉积在催化剂的表面;积碳优先在催化剂的酸中心上形成,尤其是较强的酸中心上;反应后催化剂表面积碳的成分主要是脂肪烃类,而不是芳香烃类化合物;由于脱氢和聚合反应,分子筛表面形成脱氢碳物种或者碳结焦产物,堵塞了活性位点或者孔道,从而导致催化剂失活。通过计算化学分析,构型B是磷改性Al-MCM-41分子筛的可能结构;Nguyen等人提出的气相贝克曼重排的反应机理是合理的。但是,烷基基团的迁移是该反应的速率决定步骤,而1,2-H转移反应不是决定步骤。