核壳ZSM-5 分子筛合成及其催化苯与甲醇烷基化性能
2021-10-11徐淑芳王艺霖朱学栋
化学反应工程与工艺 2021年2期
徐淑芳,王艺霖,何 暄,杨 帆,朱学栋
华东理工大学大型工业反应器工程教育部工程研究中心,上海 200237
近年来,纯苯生产技术不断成熟,且新国Ⅵ汽油标准中苯含量上限从1.0%下降到0.8%,使得国内纯苯的产能供大于求,价格不断下降。另外对二甲苯作为聚酯工业的重要前驱体,其需求量随聚酯工业的蓬勃发展而逐渐提高。因此,将苯与甲醇烷基化转化为二甲苯等高附加值产物,不仅可以解决苯的产能过剩问题,同时生成的对二甲苯可以满足聚酯行业发展需求,是一条一举多得的反应路线[1]。
苯与甲醇烷基化反应以分子筛的Brønsted 酸(B酸)位作为主要活性中心,该反应中甲醇的反应级数为0 级,苯的反应级数为1 级,反应表观活化能约为60 kJ/mol,较少的B酸中心即可使反应完全发生,且反应物转化率一般不随催化剂的B酸量变化而显著改变,反应中分子筛的酸分布和扩散性能是影响催化活性及选择性的重要因素[2-3]。沸石分子筛如β[3],ZSM-5[4]和ZSM-11[5]等常作为反应催化剂,其中ZSM-5 分子筛是具有两组十元环孔道的固体酸催化剂,其独特的孔道结构以及合适的酸强度,使其在苯与甲醇烷基化中具有较高的催化活性、选择性以及优异的抗积炭性能[6]。但是,其与芳烃分子相匹配的孔道尺寸在带来优异择形催化性能的同时,也导致反应物和产物扩散缓慢,限制了苯的转化率以及甲苯、二甲苯的选择性[7-8]。相比之下,纳米级ZSM-5 分子筛具有更大的外表面积,更短的扩散路径,更易到达的活性中心[9-10],因此更适合于催化苯与甲醇烷基化反应。……
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