TM-HTS催化环己烷氧化制己二酸的研究

摘要

TS-1是由四面体钛氧键和四面体硅氧键构成的一类杂原子分子筛，它是将四面体钛引入全硅分子筛骨架的一种新型介孔材料，基于TS-1稳定的结构及优异的催化性能而备受广大研究者的关注，以H2O2为氧化剂，对烯烃的催化环氧化一直是催化合成领域的热点。对TS-1的合成方法和性能研究报道较多，目前较为普遍的方法是以硅酸正丁酯(TEOS)为硅源，钛酸正丁酯(TBOT)钛源，四丙基氢氧化铵(TPAOH)为模板剂，通过水热法一步合成TS-1。虽然TS-1的水热稳定性良好，然而由于TS-1的介孔孔径的限制及双氧水作为一种较为昂贵的氧化剂极大的限制了此催化剂在工业上的应用。己二酸是一种非常重要的化学产品，工业上生产已二酸主要靠硝酸氧化的方法。浓硝酸的使用导致了严重的设备腐蚀和生成严重污染环境的氮氧化合物。
　　本文通过扩宽TS-1的孔径来提高其催化性能，获得介孔微孔共存的HTS，同时对HTS进行过渡金属掺杂，获得TM-HTS(TM=Transition metal)，并将其用于环己烷的氧化，筛选出性能最好的催化剂Mn-HTS。
　　以合成的Mn-HTS为催化剂，氧气做氧化剂，在不加任何引发剂和溶剂条件下，催化氧化环己烷一步生产己二酸，在较优条件中（140℃，1.0 MPa下），环己烷的转化率能够达到13.4％，己二酸的选择性有57.5％，该催化剂的优点是很容易从反应体系中分离，分离干燥之后继续用来催化环己烷氧化，催化性能没有降低，说明催化剂的稳定性能好，能够重复使用。为了确定催化剂的具体结构，我们采用了FT-TR、UV-Vis、N2洗脱附、XRD、XPS和TEM等表征方法对催化剂的结构进行了全面的分析。
　　环己酮是环己烷氧化的中间产物，工业上通常采用硝酸氧化环己酮来制取己二酸，虽然能够获得高达90％的转化率和70％左右己二酸的选择性，但是同时会释放出大量的氮氧化物等有毒气体，严重污染环境，且浓硝酸具有强烈的腐蚀性，对设备的腐蚀相当严重，环己酮清洁氧化一直是工业上的研究热点。本文开发出了一条采用氧气为氧化剂，TM-HTS为催化剂，氧化环己酮生成己二酸的新方法，在此反应中，由于氧化剂为廉价的氧气，且没有溶剂的浪费，导致了经济效益的直线提升。在100℃下，0.6 MPa氧气压力下，反应9h时环己酮的转化率可达68.4％，己二酸的选择性高达93.1％。

目录

摘要

第一章 文献综述

1．1 前言

1．2 环己烷氧化的现状

1．2．1 双氧水氧化法

1．2．2 叔丁基过氧化氢氧化法

1．2．3 氧气氧化法

1．3 己二酸的主要性质、用途和工业生产方法

1．3．1 环己烷法

1．3．2 环己烯法

1．3．3 苯酚氧化法

1．4 TS-1的结构和用途

1．4．1 TS-1的结构与制备

1．4．2 TS-1的应用及改性

1．5 本课题研究目的及意义

第二章 TM-HTS催化环己烷氧化生成己二酸的研究

2．1 前言

2．2 实验部分

2．2．1 仪器和试剂

2．2．2 催化剂的制备

2．2．3 催化氧化反应

2．2．4 催化剂的表征

2．2．5 反应产物分析

2．3 结果与讨论

2．3．1 催化剂的筛选

2．3．2 锰的掺杂量对反应的影响

2．3．3 温度对反应的影响

2．3．4 压强对反应的影响

2．3．5 催化剂的量对反应的影响

2．3．6 时间对反应结果的影响

2．3．7 催化剂的重复使用

2．3．8 催化剂的机理研究

2．4 催化剂的表征结果分析

2．4．1 红外光谱图

2．4．2 紫外可见光谱图

2．4．3 氮气吸脱附曲线

2．4．4 TEM图谱

2．4．5 不同催化剂的光电子能谱(XPS)分析

2．4．6 不同催化剂的XRD表征

2．5 小结

第三章 TM-HTS催化环己酮氧化生成己二酸的研究

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 仪器与试剂

3．2．2 催化剂的制备

3．2．3 催化氧化反应

3．2．4 催化剂的表征

3．2．5 反应产物分析

3．3 结果分析与讨论

3．3．1 不同催化剂对环己酮氧化结果的影响

3．3．2 掺杂量对反应的影响

3．3．3 温度对反应的影响

3．3．4 压强对反应的影响

3．3．5 催化剂的量对反应的影响

3．3．6 反应时间对反应的影响

3．3．7 催化剂的循环使用

3．3．8 环己酮氧化可能的机理研究

3．4 催化剂的表征结果

3．4．1 UV-Vis和吡啶红外光谱分析

3．4．2 TEM谱图

3．4．3 XPS谱图

3．5 小结

第四章 结论与展望

4．1 结论

4．2 展望

参考文献

研究生期间发表的论文和专利

致谢

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