ZnO/NaY催化尿素与1,2-丙二醇合成碳酸丙烯酯研究

摘要

碳酸丙烯酯(简称PC)是一种性能优良的高沸点、高极性有机溶剂和重要的有机化工产品，被应用于许多行业。近年来碳酸丙烯酯做为酯交换法生产碳酸二甲酯的原料，使其需求量大增，因此研究碳酸丙烯酯的合成方法及开发新型催化体系以提高碳酸丙烯酯的生产效率显得尤为重要。尿素和1，2-丙二醇(简称PG)合成碳酸丙烯酯优点主要有原料便宜，无毒无害，成本较低，减少了对环境的负面影响。另外，反应生成的氨气可以循环到尿素生产单元，提高了原料及C02的利用率。过渡金属氧化物对尿素醇解反应具有良好的催化性能。本文以NaY分子筛为载体，研究了ZnO/NaY催化剂的制备和表征，及其对尿素和1，2-丙二醇合成碳酸丙烯酯的催化性能。
　　 本文采用浸渍法制备了ZnO/NaY催化剂，利用X射线衍射(XRD)、N2吸附比表面积测定(BET)、氨程序升温脱附(NH3-TPD)、二氧化碳程序升温脱附(CO2-TPD)、异丙醇探针反应等方法对催化剂物相结构、比表面积、表面酸碱性进行表征。结果表明，负载适量ZnO没有改变NaY分子筛的骨架结构，且ZnO高度分散于NaY分子筛表面，其单层分散阈值为5.38％与实验结果吻合。ZnO的引入降低了催化剂的比表面积，提高了分子筛催化剂的酸性，催化剂表面的酸性位与碱性位分布直接影响催化剂的活性。
　　 尿素醇解反应结果表明，过渡金属氧化物催化剂对尿素醇解反应具有较好的活性，而ZnO的活性最好。负载适量ZnO既提高了NaY分子筛的活性又促进了ZnO的分散。当ZnO负载量为5％时，催化剂表现出较好的催化活性。减压条件下，5％ZnO/NaY上，温度150℃，压力27 mmHg，体积空速1 h-1，尿素和丙二醇摩尔比为1:4时，尿素转化率为86.2％，碳酸丙烯酯收率达到82.3％，并且催化剂对尿素醇解反应具有较好的稳定性。根据尿素和催化剂红外表征结果初步探讨了尿素醇解反应机理。