H2O2/H2O体系中碱处理ZSM-5催化氧化甲苯衍生物反应的研究

摘要

ZSM-5分子筛具有良好的水热稳定性、适宜的酸性分布、规整的孔道结构特征，已经被广泛应用于石油化工领域。但ZSM-5分子筛孔道较狭窄，制约着反应中大分子反应物和产物的传质。而具有较大比表面积和孔径的介孔分子筛，虽然提高了反应物和产物的扩散性能，但其热稳定性和水热稳定性差、酸性低，导致工业应用受到限制。因此，具有微孔-介孔双孔分布的微孔-介孔分子筛，以其良好的稳定性、可调控的孔径和酸性，自问世以来就备受关注。
　　碱改性后处理是制备微孔-介孔分子筛的一种常用方法。该方法是通过从分子筛骨架选择性脱除硅原子而在分子筛中引入介孔和大孔。
　　H2O2是一种典型的绿色氧化剂，其最大的优点是在氧化反应后变成了水，无有害残留。而且H2O2参与的液相氧化反应一般在较低的温度下进行，反应条件温和、安全。目前，制备开发更加有效的催化剂是双氧水氧化法的研究热点之一。
　　本文采用NaOH溶液对ZSM-5分子筛进行改性，在保持原先特有的微孔体系不被完全破坏的情况下，制备了一种具有介孔-微孔孔道分布的ZSM-5分子筛。同时，以XRD、SEM、NH3-TPD、IR、ACP-AES和等温N2吸附-脱附方法对改性前后的催化剂进行表征。本文考察了以碱处理的ZSM-5为催化剂，在H2O2/H2O体系中催化氧化乙苯、1-苯乙醇、2-苯乙醇等甲苯衍生物，并探究温度、催化剂用量、氧化剂用量和反应时间等因素对相应反应活性的影响。
　　结果表明，通过碱处理后的ZSM-5分子筛在保持其微孔骨架结构不被破坏的同时，调变了介孔分布。其中，介孔比表面积、介孔孔容都有所增加、孔径分布变宽，有助于改善催化剂的催化性能。碱处理后的ZSM-5对乙苯、1-苯乙醇、2-苯乙醇等甲苯衍生物均具有良好的催化效果，并且可以循环多次使用。本文所采用的催化剂，以其不加入金属活性组分和简便的制备方法，具有潜在的工业化价值，拥有广阔的应用前景。

目录

声明

摘要

第一章 前言

1．1 ZSM-5分子筛的性能与应用

1．2 碱处理ZSM-5及其催化应用

1．3 H2O2体系催化氧化反应

1．4 乙苯催化氧化概述

1．4．1 过渡金属化合物催化剂

1．4．2 过渡金属络合物催化剂

1．4．3 金属卟啉化合物催化剂

1．4．4 金属簇化合物催化剂

1．4．5 杂多化合物催化剂

1．4．6 分子筛催化剂

1．4．7 其他催化剂

1．5 醇类催化氧化概述

1．5．1 贵金属催化剂

1．5．2 非贵金属催化剂

1．5．3 其他类型

1．6 选题意义和研究内容

参考文献

第二章 催化剂的制备及表征

2．1 实验试剂

2．2 实验仪器设备

2．3 分析表征仪器和工作条件

2．3．1 粉末X射线衍射(Powder X-ray Diffraction，XRD)

2．3．2 扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscopy，SEM)

2．3．3 傅立叶变换红外光谱(Fourier-Transform Infrared Spectrometry，FT-IR)

2．3．4 程序升温脱附法(TemperatureProgrammed Desorption，TPD)

2．3．5 等温N2吸附-脱附(Isothermal Nitrogen Adsorption-Desorption)

2．3．6 电感耦合等离子体-原子发射光谱(Inductively Coupled Plasmap-Atomic Emission Spectroscopy，ICP-ADS)

2．4 实验步骤

2．5 催化剂A-ZSM-5表征结果

2．5．1 XRD表征

2．5．2 ICP-AES表征

2．5．3 等温N2吸附-脱附表征

2．5．4 IR表征

2．5．5 SEM表征

2．5．6 TPD表征

参考文献

第三章 H2O2／H2O体系中碱处理ZSM-5催化氧化乙苯反应的研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．3 结果讨论

3．3．1 乙苯氧化反应机理

3．3．2 不同催化剂对乙苯催化活性的影响

3．3．3 不同反应时间的影响

3．3．4 不同反应温度的影响

3．3．5 不同催化剂量的影响

3．3．6 不同H2O2量的影响

3．3．7 优化反应条件的重复实验

3．3．8 催化反应机理

3．3 本章小结

参考文献

第四章 H2O2／H2O体系中碱处理ZSM-5催化氧化醇类反应的研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 1-苯乙醇催化氧化反应

4．2．2 2-苯乙醇催化氧化反应

4．3 结果讨论

4．3．1 1-苯乙醇氧化反应评价

4．3．2 2-苯乙醇氧化反应评价

4．4 本章小结

第五章 Fe／A-ZSM-5的制备及其催化应用的探索

5．1 催化剂Fe／A-ZSM-5的制备

5．2 催化剂Fe／A-ZSM-5表征

5．2．1 XRD表征

5．2．2 ICP-AES表征

5．2．3 等温N2吸附-脱附表征

5．2．4 IR表征

5．3 Fe／A-ZSM-5分子筛的应用

5．．3．1 Fe／A-ZSM-5分子筛催化氧化1-苯乙醇

5．．3．2 A-ZSM-5分子筛催化氧化2-苯乙醇

5．4 本章小结

参考文献

本文结论

致谢

个人简历 在学期间发表的学术论文与研究成果