Fe-ZSM-5分子筛膜的制备及在苯酚羟基化反应中的应用

摘要

ZSM-5分子筛膜由于其孔道大小与工业上几种很常用的物质的分子动力学直径相接近,且具有良好的化学稳定性、热稳定性及催化性能,在分离、催化等方面有着广阔的工业应用前景。将过渡金属铁元素引入ZSM-5分子筛骨架,由于调变了母体分子筛的酸性、孔道大小及表面结构,使得到的杂原子分子筛膜Fe-ZSM-5具有更优良的催化性能,在催化膜反应器中有巨大的应用前景和研究价值。将无机膜与反应器结合起来是一项重大突破,膜催化因此也被誉为未来催化领域的最有前途的方向之一。膜反应集反应与分离一体化,能耗低,且反应不受化学平衡的限制。对于反应物不相容的反应过程则可以通过相界面膜反应器来实现,不仅能够避免溶剂的使用,还简化了反应过程。与颗粒催化的反应过程相比,膜催化过程可以实现稳态操作,更易于实现自动化控制。
　　 苯二酚(包括邻苯二酚和对苯二酚)是很重要的化工原料,具有广泛的工业应用。由过氧化氢和苯酚经羟基化反应一步制取苯二酚,该过程工艺简单,反应条件温和,对环境无污染,符合绿色化工的要求,是当今最有前途的苯二酚生产方法。目前,该过程存在的主要问题是未能找到高效的催化剂,一旦开发出合适的催化剂,将成为苯二酚生产的重大突破。据文献报道,铁离子对苯酚羟基化具有较高的催化活性。本文在前人制备铁硅分子筛膜的基础上,采用二次生长法在α-Al2O3载体上制备了含有骨架铁的Fe-ZSM-5分子筛膜,应用自制的界面膜反应器考察了不同配比的膜对于苯酚羟基化的催化性能的影响,结果表明所制备的膜具有较好的催化活性,且金属含量对于该反应的转化率和产物分布都有较大影响。