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甲苯选择性硝化催化剂的研究

作　者: 雒纯丹
导　师: 郭灿雄
学　校: 北京化工大学
专　业: 应用化学
关键词: 沸石催化剂硝化甲苯 NO2 选择性
分类号: O643.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

针对工业上采取的传统混酸硝化法存在的对设备的腐蚀严重,造成环境的严重污染,而对硝基甲苯选择性低等问题,在液相NO2和有O2体系中,研究了固体酸催化剂上甲苯选择性硝化的催化性能。使用HZSM-5、Hβ和HY沸石及杂多酸等固体酸作为甲苯硝化催化剂,考察固体酸催化剂的催化性能。用XRD、固体核磁、FT-IR、NH3-TPD等表征手段,研究了沸石的类型、改性沸石的阳离子类型、沸石的钠离子交换度、硅铝比及焙烧处理温度等因素对其催化甲苯硝化性能的影响。考察了反应条件对沸石催化性能的影响。结果表明,不同结构的沸石和杂多酸等固体强酸催化剂对液相二氧化氮选择性硝化甲苯的反应均具有较高的催化活性,其中β沸石表现出对甲苯对位选择硝化最高的选择性。阳离子、不同硅铝比、钠离子交换度、焙烧温度等对ZSM-5和β沸石的催化性能的影响显著不同。对Hβ沸石进行Fe3+,Mg2+,Zn2+和B3+等离子交换,使用盐酸和NaAlO2进行脱铝及补铝等处理对Hβ沸石的催化性能影响不显著。随着离子交换使用的NaAc溶液浓度增加,沸石的催化硝化甲苯的活性和选择性均逐渐降低。Hβ沸石的最佳焙烧温度为550℃。增加催化剂使用量和延长反应时间有利于提高催化剂的活性和对p-MNT的选<WP=5>择性。提高反应温度有利于提高反应速率及对硝基甲苯的选择性,但是温度太高导致副产物增多,降低收率。Fe2+、Mg2+、Zn2+及B+阳离子改性,使ZSM-5沸石的活性显著提高,对其选择性影响不显著。Na+交换对其活性影响不显著,使其选择性下降。随着硅铝比提高,HZSM-5的活性逐渐提高,选择性随着硅铝比增大逐渐提高;但是当硅铝比增大到120时选择性降低。ZSM-5沸石的最佳焙烧温度为500℃。

全文目录

第一章前言  10-28
  1.1 芳烃的硝化机理  11-14
    1.1.1 芳烃的气相硝化机理  11
    1.1.2 芳烃的液相硝化机理  11-13
    1.1.3 芳烃在沸石上的催化硝化机理  13-14
  1.2 甲苯硝化的历史沿革和研究现状  14-25
    1.2.1 用其他液体酸代替浓硫酸的硝化  14
    1.2.2 固体酸催化剂  14-15
    1.2.3 沸石分子筛的特征与改性  15-18
    1.2.4 ZSM-5和β沸石的结构和性能  18-23
    1.2.5 多孔固体酸上的硝化  23-25
  1.3 前人的成果简述及本课题研究思路  25-26
  1.4 本课题的研究内容及意义  26-28
第二章实验部分  28-31
  2.1 实验药品  28
  2.2 表征和分析方法  28-29
  2.3 实验方法  29-31
    2.3.1 催化剂的制备  30
    2.3.2 催化剂的性能评价  30-31
第三章结果与讨论  31-70
  3.1 不同固体酸催化剂的催化硝化性能  31-33
    3.1.1 不同沸石的NH3-TPD分析  31-32
    3.1.2 不同固体酸催化剂的催化性能  32-33
  3.2 Hβ改性前后的催化硝化性能  33-56
    3.2.1 不同阳离子改性对β沸石性能的影响  33-36
    3.2.2 Na+交换度对Hβ沸石性能的影响  36-40
    3.2.3 脱铝处理对Hβ沸石性能的影响  40-45
    3.2.4 补铝处理对Hβ沸石性能的影响  45-49
    3.2.5 焙烧温度对Hβ沸石的性能影响  49-53
    3.2.6 反应条件对Hβ沸石催化甲苯硝化反应的影响  53-55
    3.2.7 小结  55-56
  3.3 HZSM-5改性前后的催化硝化性能  56-70
    3.3.1 不同阳离子改性对HZSM-5沸石性能的影响  56-59
    3.3.2 Na+交换度对HZSM－5沸石性能的影响  59-63
    3.3.3 硅铝比对HZSM－5沸石性能的影响  63-65
    3.3.4 焙烧温度对 HZSM-5沸石的性能影响  65-69
    3.3.5 小结  69-70
第四章结论  70-71
参考文献  71-76
致谢  76

甲苯选择性硝化催化剂的研究

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