杂原子分子筛合成及氧化苯乙烯重排反应性能的研究

本文研究了骨架含硼的MFI分子筛、孔道结构不同的TS-1分子筛、改性beta分子筛在气相氧化苯乙烯重排反应中的性能，并采用XRD、ICP-OES、N2吸附、SEM、TEM、XPS、27Al,11B,29Si MAS NMR、NH3-TPD、原位红外等方法对反应前后的催化剂进行了一系列表征。 只含弱酸中心的B-ZSM-5分子筛可以使该重排反应达到较高的转化率和苯乙醛选择性，催化剂的寿命与弱酸中心的量和硼的配位状态有关，三配位的硼[BO3]对催化剂的稳定性是不利的。含有强酸中心的Al-ZSM-5和B-Al-ZSM-5催化剂的稳定性与弱酸中心的量及强酸中心的性质有关。积碳是导致催化剂失活的主要原因，Al-ZSM-5的积碳速率很快，积碳堵塞了催化剂的孔道和酸性位；B-Al-ZSM-5催化剂的积碳速率较慢，虽然一部分酸中心被毒化，但孔道未被堵塞，仍有大量酸性中心可以促进反应进行。有高弱酸中心浓度及适宜骨架Al分布的B-Al-ZSM-5的寿命可以达到120h以上。 不同的孔道结构是影响TS-1分子筛反应性能的主要因素。微米TS-1(TS-1-P)的微孔孔道限制较大，不利于生成的苯乙醛扩散，有大量二聚物生成；纳米TS-1(TS-1-nano)晶粒小，孔道内扩散路径短，有助于抑制二聚物的产生，延长催化剂寿命；对TS-1-P进行碱处理后产生的介孔，有利于加强苯乙醛的晶内扩散，但是NaOH处理后(TS-1-N)介孔过多、孔径较大导致在反应一开始时就有大量低聚物生成，加速了催化剂的失活。TPAOH处理后(TS-1-O)较好的保留了微孔体系，有利于苯乙醛的生成，同时其上的孔径适宜的介孔有利于产物的扩散，TS-1-O催化剂平衡的孔道分布有利于苯乙醛的选择性及催化剂的稳定性。 只含有弱酸中心的硼硅beta分子筛可以催化该重排反应达到较高的转化率和选择性，但6h就失活；硅铝beta的活性很高，但大量三聚物的生成导致苯乙醛选择性只有76%，反应中催化剂的骨架脱铝和大量积碳导致其失活较快；磷酸改性beta活性与稳定性与硅铝beta相似，其失活的主要原因是磷铝物质堵塞了孔道，导致反应活性中心减少，但由于磷酸改性大大降低了催化剂外表面的强酸中心密度，抑制了三聚物的产生，因此苯乙醛选择性较高；硼酸改性beta的孔道没有被堵塞，但是硼酸改性beta催化剂强酸中心密度较低，不会导致三聚物生成，此外其含有大量不易积碳的弱酸中心辅助反应的进行，因此稳定性最佳。