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酸催化剂可以用来催化烃类裂解、重整、异构、烯烃水合、烷基化和酯化等重要化学反应,在石油炼制和石油化工领域有极其广泛的应用。与传统液体酸相比,新型固体酸催化剂具有容易与反应物和产物分离、易再生、不腐蚀反应器、环境污染少等优点,因此研究开发环境友好的新型固体酸催化剂成为近些年来国际催化领域研究的热点。本论文着重研究调控新型固体酸催化剂的酸强度和延长催化剂使用寿命的方法,对工业催化的研发具有一定的参考价值。
将催化剂表面的疏油性应用在酸催化领域,在MCM-49分子筛上掺杂不同含量Teflon制备出具有一定疏油性的催化剂。用正十二烷裂解,苯与丙烯气相烷基化以及异丁烷与丁烯-2的烷基化反应作为探针反应着重研究了催化剂表面的适当疏油性对催化剂的寿命和产物选择性的影响。结果显示催化剂表面的疏油性可以使裂解过程的烯烃聚合,苯丙稀烷基化中的丙烯聚合生成的油性大分子较快的从催化剂表面移去,从而减少积炭的发生。在烷基化反应中提高了C8=的选择性并且有效地延长了催化剂寿命。这主要是由于催化剂表面具有适当的疏油性,反应的中间产物C8=易于从具有疏油性的表面脱附,减少了C8=继续在催化剂表面进行连续反应生成C12=的机会,因此提高了C8=的选择性,降低了积炭量和延长了催化剂使用寿命。
使用硅胶负载的钨硅酸中掺杂不同含量Teflon,研究了催化剂表面的疏水疏油性在醋酸与正丁醇的酯化反应中的应用。结果显示,当酯化反应产物为液相时,催化剂表面的疏水疏油性可以有效地促进酯化产物在催化剂表面的脱附,推动平衡反应的进行,且催化剂表面对水的排斥作用可以有效地抑制水对于活性中心的毒化作用。
通过调节催化剂合成条件制备出具有弱酸位的稀土焦磷酸盐催化剂,并用XRD,FT-IR,TGA等NH3-TPD表征手段对催化剂的结构,稳定性以及酸性进行了研究。研究了稀土焦磷酸盐催化剂上甘油气相脱水生产丙烯醛反应,取得了较好的催化结果,且发现这类催化剂上合适的表面的弱酸位是它们具有较好性能的原因。
对稀土焦磷酸盐催化剂的反应氛围进行了优化。发现优化的反应氛围为催化剂在~320℃反应,载气~30ml/min,甘油空速(以气态甘油计)在227h-1时反应,能保持转化率在95%以上,选择性在80%以上。通过将稀土焦磷酸盐负载在载体上,并负载1%Pt解决了焦磷酸盐难于再生的问题。