甲苯侧链甲醛烷基化制苯乙烯酸碱双功能磁核催化剂的构建及反应机理研究
批准号:
22072003
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
季生福
依托单位:
学科分类:
催化化学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
季生福
中文摘要
甲苯侧链甲醇烷基化制苯乙烯曾被认为具有很好的工业化前景,但甲苯转化率和苯乙烯收率都太低,一直未能实现工业化。我们通过对反应机理和热力学特性对比研究,发现甲苯转化率和苯乙烯收率难以提高的主要因素是在高温、气-固反应条件下甲醇极易分解所致。基于此,我们开发了一种甲苯侧链甲醛烷基化一步制苯乙烯的新工艺,即以具有酸碱中心和二维层板结构的复合氧化物(LDO)作为催化活性组分,构建了酸碱双功能LDO@SiO2@Fe3O4磁性催化剂,以甲醛为烷基化剂,在液-固、较低反应温度条件下,实现了甲苯侧链甲醛烷基化一步制苯乙烯的高甲苯转化率和苯乙烯收率。申请项目将深入研究催化剂结构与性能关系、反应机理、反应动力学、磁性分离和稳定性,形成具有自主知识产权的磁性催化剂制备新技术和甲苯侧链甲醛烷基化制苯乙烯的反应-磁性分离一体化新工艺。项目实施对深刻认识LDO酸碱活性位和二维层板结构的协同催化作用本质有重要的科学意义。
英文摘要
The side-chain alkylation of toluene with methanol to styrene was considered to have good industrialization prospects. Because of the lower conversion of the toluene and yield of the styrene, until now this catalytic reaction has not carried out the industrialization. Based on intensive investigated the mechanism and the thermodynamic of this catalytic reaction, we found that in the reaction the methanol is extremely easily decomposed under the gas-solid reactor and the higher reaction temperature conditions. This is the key factor of the lower conversion of the toluene and yield of the styrene. In this project a novel catalytic process for the side-chain alkylation of toluene with formaldehyde one-step to styrene was proposed. This is that, firstly, the layered double oxide (LDO) shell had both acid and base sites as the catalytic component and the SiO2@Fe3O4 as the magnetic core, the acid-base bifunctional LDO@SiO2@Fe3O4 magnetic catalysts had been constructed. Secondly, the side-chain alkylation of toluene with formaldehyde to styrene had been carried out under the lower reaction temperature and the liquid-solid reactor. Especially, both the conversion of toluene and the yield of styrene were very high. At the same time, the performance of the acid-base bifunctional LDO@SiO2@Fe3O4 magnetic catalysts for the side-chain alkylation of toluene with formaldehyde to styrene in the liquid-solid catalytic reactor will be evaluated. The relationship of the catalytic activity and the structure of the catalyst, the catalytic reaction mechanism, and reaction kinetics will be adequately investigated. Actualized this project, the new technology of preparation the acid-base bifunctional LDO@SiO2@Fe3O4 magnetic catalysts and the novel catalysis process of the the side-chain alkylation of toluene with formaldehyde to styrene will be formed. This project has an important scientific significance to understand the role of the acid-base bifunctional LDO@SiO2@Fe3O4 magnetic catalysts for the side-chain alkylation of toluene with formaldehyde to styrene and the reaction mechanism of the LDO synergistic catalyzing the side-chain of toluene and the alkylation of formaldehyde. There is a bright future application for the side-chain alkylation of toluene with formaldehyde to styrene catalysis process.
苯乙烯是重要的化工基本原料,在化工行业中占有重要的地位。目前大部分的苯乙烯是通过苯和乙烯烷基化生成乙苯、再经乙苯催化脱氢的二步法生产制得。这种二步法的工艺流程比较长、能耗高、设备投资较大,因此苯乙烯生产新工艺的开发一直是化工领域的研究热点之一。在众多苯乙烯生产新工艺的研究中,甲苯侧链甲醇、甲醛烷基化一步制苯乙烯有工艺流程短、能耗低等优点,具有很好的工业应用价值。项目中全面系统研究了甲苯侧链烷基化反应的热力学特性,建立了甲苯侧链甲醇、甲醛烷基化反应的热力学模型,确定了两种反应体系的独立反应和热力学参数,发现甲苯侧链甲醇烷基化制苯乙烯的反应温度比较高,反应过程中甲醇极易分解,导致产物苯乙烯的选择性太低,而甲苯侧链甲醛烷基化制苯乙烯的反应温度比较低,可以在液-固反应条件下高选择性获得苯乙烯。对甲苯侧链烷基化反应的深入研究发现,具有合适载体及酸碱中心和二维层板结构催化活性组分的双功能催化剂是甲苯侧链甲醛烷基化一步制苯乙烯的关键。项目中优选了双功能催化剂的载体和具有酸碱中心的双金属二维层板结构催化活性组分,在合成的磁性Al2O3@Fe3O4微球表面原位生长了具有酸碱中心和二维层板结构的CuAl-LDO催化活性组分,进而制备了一系列具有酸碱中心和二维层板结构活性组分的磁性Cs/CuAl-LDO@Al2O3@Fe3O4双功能催化剂,深入研究了磁性催化剂的结构与性能关系和甲苯侧链甲醛烷基化一步制苯乙烯的反应机理,深刻认识了具有酸碱中心和二维层板结构CuAl-LDO活性组分催化甲苯侧链甲醛烷基化一步制苯乙烯的本质,形成了具有自主知识产权的磁性催化剂制备新技术和甲苯侧链甲醛烷基化制苯乙烯的反应-磁性分离一体化新工艺。研究工作对认识CuAl-LDO的酸碱中心和二维层板结构协同催化甲苯侧链甲醛烷基化一步制苯乙烯的机制和反应机理有重要的科学意义和应用价值。
基于CO2与胺/H2的N-甲酰(基)化反应磁性MOFs催化剂构建及CUS催化作用机制
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批准号:21872004
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项目类别:面上项目
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资助金额:65.0万元
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批准年份:2018
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负责人:季生福
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依托单位:
磁性双功能催化剂的构建及甲醇一步合成甲缩醛和甲酸甲酯反应机理研究
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批准号:21573015
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项目类别:面上项目
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资助金额:66.0万元
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批准年份:2015
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负责人:季生福
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依托单位:
基于Heck反应的非Pd基壳/核磁性新型催化剂的制备及反应性能研究
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批准号:21173018
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项目类别:面上项目
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资助金额:66.0万元
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批准年份:2011
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负责人:季生福
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依托单位:
SBA-15介孔分子筛孔中碳化物的原位合成及其催化性能的研究
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批准号:20473009
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项目类别:面上项目
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资助金额:24.0万元
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批准年份:2004
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负责人:季生福
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依托单位:
国内基金
海外基金