介孔含Ti分子筛的制备及其催化合成N-甲基乙醇胺的研究

摘要

N-甲基乙醇胺类产品是一类重要的精细化工产品，被广泛应用于化工和石化企业的脱硫剂，生产医药中间体等领域。因此，N-甲基乙醇胺类产品在能源开发、环境保护方面有着不可替代的地位。因此，优化合成N-甲基乙醇胺类的工艺条件、改进工艺催化体系、提高产品质量具有重大的意义。
　　本文重点研究了环氧乙烷与二甲胺在催化剂作用下开环加成获得相应的N,N-甲基乙醇胺产品。分别考察了环氧乙烷法中二甲胺与环氧乙烷投料比、反应温度、压力和底物对反应的影响。通过对一系列催化剂的筛选最终得到了介孔含Ti固体酸催化剂Ti-MCM-41，同时对该催化剂下合成N,N-甲基乙醇胺产品的重复利用性和反应历程进行了考察和探讨，并提出了反应的机理。主要结论如下：
　　1.采用水热合成法制备Ti-MCM-41分子筛催化剂，并对该催化剂做了XRD、BET、SEM、TEM、FT-IR和DR UV-vis光谱等表征。结果表明Ti-MCM-41具有介孔材料高比表面积、较大孔容的特点，其孔径分布在20-40nm之间，Ti原子主要以四配位体的形式存在于分子筛催化剂的骨架中，丰富了催化剂表面酸性活性位；另外，通过调节Si/Ti比例和焙烧温度，得到系列不同结构的Ti-MCM-41分子筛。
　　2.以介孔含Ti分子筛作为催化剂，采用环氧乙烷法加成制备DMEA(N,N-二甲基乙醇胺)，系统研究了Si/Ti比、焙烧温度对反应的影响。得到Si/Ti=5，焙烧温度为550℃时所制备的催化剂为最佳催化剂。进一步优化反应条件，得到最佳工艺条件：温度为145℃、反应压力为2.5MPa、环氧乙烷:二甲胺=1:3.5的摩尔投料比以及反应时间为40min的时候能得到DMEA产率为85.3％。催化剂重复利用5次后依然具有较好的催化效果且没有结构和性质的改变。
　　3.系统研究了Ti-MCM-41催化剂对环氧化合物的衍生物与有机胺类的催化效果。结果表明Ti-MCM-41催化剂对具有简单结构的脂肪类环氧衍生物和有机胺类具有较高的催化效果，最高产率可以达到90.17%；但对于芳香和杂环结构的环氧衍生物和胺类化合物相对较差，产物产率最高只有69.03%；另外该分子筛催化剂在合成β-胺醇类化合物中表现出了较好的催化效果。通过NH3-TPD表征，发现Ti-MCM-41的酸性位对反应影响较大，对Ti-MCM-41催化开环N-烷基化合成DMEA的机理进行初步探讨，给出了催化反应的历程。

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第一章文献综述

1.1 介孔分子筛催化剂

1.2 MCM-41 介孔分子筛改性

1.3 N-烷基乙醇胺类化合物研究背景

1.4 立题意义及研究思路

第二章 试剂、仪器及测试方法

2.1 化学反应试剂

2.2 实验仪器

2.3 实验步骤及反应装置

2.4反应产物定量分析方法

2.5催化剂的表征方法

第三章 介孔含Ti催化剂Ti-MCM-41的制备和表征

3.1 引言

3.2实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 介孔Ti-MCM-41催化环氧乙烷法合成N-甲基乙醇胺的性能研究

4.1引言

4.2 实验部分

4.4结果与讨论

4.5 反应底物拓展实验

4.6 催化剂的重复利用性能评估

4.7 反应机理分析

4.8 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 论文总结

5.2 论文展望

参考文献

致谢

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