V-MCM-41分子筛的改性及其在甲苯氧化制苯甲醛中的应用研究

摘要

具有有序性、规则的大孔道和较大的比表面积等优点的MCM-41介孔分子筛,同时也是理想的金属和金属氧化物的载体。而纯硅MCM-41介孔材料的缺点是:除了不具备催化氧化的能力外其离子交换能力相对较小,酸含量和酸强度也相对较低。因此在其骨架中加入具有氧化还原能力的金属或金属氧化物以改善其性能,同时也提高了水热稳定性等,与此相应的扩大了介孔分子筛在催化领域的应用前景。
　　 作为有机合成重要的中间体,苯甲醛从甲苯氧化制得具有一定的困难,因此挑选和制备出高活性的催化剂是研究甲苯氧化催化的重要之处。环境污染日益严重的今天,研究出无污染的氧化剂、催化剂等是具有重要的应用背景和科学意义。
　　 本文采用三乙醇胺络合物法制备V-MCM-41,并用Mn、Co以及制备V-ZSM-5/MCM-41复合分子筛对其进行改性,并将其应用于以氧气为氧化剂的甲苯氧化制苯甲醛反应中。
　　 第一部分,将Co改性过的V-MCM-41介孔分子筛应用到反应中,并对其性能进行研究。对分子筛的结构进行表征的手段分别为XRD、BET、IR、UV-vis等。实验结果表明,V被加入到骨架中,而通过浸渍法加入的Co并没有进入到骨架中而是高度分散在孔道的表面。对反应工艺进行了研究并得出来最佳条件:反应温度80℃、空气流速300mL/min,用0.1g催化剂反应2h。可得苯甲醛的收率为20％。
　　 第二部分,用浸渍法将Mn加入到V-MCM-41分子筛中,同样通过以上手段进行表征,与第一部分相同的工艺条件下,考察Mn/V-MCM-41的催化活性。研究结果显示,Mn的加入可以提高甲苯的转化率,但对苯甲醛的选择性没有很好的效果。
　　 第三部分,通过两步晶化法合成出V-ZSM-5/MCM-41复合分子筛,并对其孔道结构和性能进行表征,考察了V的含量对分子筛结构的影响。