新型催化剂在精细化工过程中的应用

新型催化剂在精细化工过程中的应用

化工091班何宝坤学号090006050117

摘要：化工业的发展使得各种新型化工材料得到了广泛的运用，分子筛催化剂作为一种新型催化剂，其微孔结构十分均匀，并且能够让适当的分子进入内部，这种特性使得气体和液体分子分离、离子交换及催化反应在化工业生产上得到了广泛的运用，分子筛催化剂因此在化工原料中逐渐成为新型催化剂。根据实际经验和相关的化工知识本文对分子筛催化剂这种新型催化剂在精细化工过程中的应用情况进行分析。

关键词：新型脂肪醇；精细化工；运用

催化剂制备共性技术及新型催化材料的开发得到高度重视，催化剂制备精细化是改进和提高催化剂性能的重要途径，而催化新材料则是催化剂更新换代和品种多样化的物质基础。新型催化剂和相应的催化工艺的出现，往往以催化新材料和精细化制备工艺为重要前提。国际上自20世纪80年代以来，在此方面的研究十分活跃，政府和许多公司投入大量人力和物力从事研究开发，并在相关领域中长期坚持研究。如联碳公司的磷铝、磷硅铝、金属磷铝分子筛和铑催化体系的磷配体，飞马公司的ZSM分子筛、法国石油研究院的金属有机络合物、杜邦公司的白钨矿结构氧化物、海湾石油公司的层状硅酸盐和硅铝酸盐、英国石油公司的石墨插层化合物、埃克森公司的双、多金属簇团等。

随着纳米技术在催化剂领域的应用，新研制的催化剂的效能大大提高。如：粒径小于0.3nm的镍和铜-锌合金的纳米颗粒的加氢催化剂的效率比常规镍催化剂高10倍。美国科学家发现一种称为钛硅酸盐ETS-4的物质能够作为良好的分子筛。当温度升高时，ETS-4会逐渐脱水，微孔的尺寸随之减小。利用这种方法，可以在3到4埃的范围内精确地调整微孔尺寸。

在开发新材料的基础上，借助催化剂制造精细化技术，有效地调节催化剂孔结构、孔分布、晶粒尺寸、粒径分布、形貌等，并通过控制活性组分分析与载体间相互作用等方法，提高催化剂性能。由于精准控制分子筛的结构使其呈现多样性，以及工业应用取得了意想不到的辉煌成就，使人们更加注意新型催化材料和精细化制备技术的开发。目前，较为活跃的研究领域主要

有杂多酸、固体酸、固体碱、金属氧化物及其复合物、层状化合物、均相催化剂和酶固载化载体、金属超微粒子和纳米材料等。其中骨架含钛的分子筛TS-1(MFI 型)的催化性能十分突出，尤其只对于有稀双氧水(w=30%)参与的多种有机物选择氧化反应，这项研究的发现在科学界公认为分子筛的里程碑。分子筛科学材料得到了多相催化剂以及高等无机材料从事者以及研究者的极大重。本文重点论述了分子筛催化剂在精细化工中的应用。

1 胺化反应的脂肪醇

一甲胺(MMA)、二甲胺(DMA)和三甲胺(TMA) 是甲胺的主要类别。甲醇和氨在工业多数是气相催化工艺生产的原料，也可采用 CO、CO2、H2、NH3合成后代替。γ-Al2O3、硅酸铝等是当前工业上常用的催化剂。从力学角度分析可知，工艺生产的多数产物是三甲胺。随着化工技术的不断发展，选择性合成二甲胺催化剂的使用与分析得到了全面的重视。改性丝光沸石、RHO、ZK-5 小孔分子筛等将具备高活性、高总胺、DMA 选择性等特点的新型催化剂。

2 重排及异构化反应

2.1 重排反应

利用重排由醛制备酮，这种合成路线是十分特别的。环氧化合物的性质非常活泼，可用来合成许多有机化合物，特别是醛和酮类。如果用Pen-tasil 沸石或Y 型沸石，其产率将会超过90%。资料显示，在沸石催化剂上让结构复杂的环氧化合物发生重排反应，将会获得较高产率的醛或酮。

2.2 异构化

ZSM-5 沸石在催化过程中可以有选择的进行，能够对带有醚或酮官能团的烯烃发生双键异构化反应，并且出现副反应的情况很少。相关情况为原的转化率一般是产物选择性的四分之一。合成香料工业中一个重要的研究结果是使用固体酸分子筛对α-蒎烯催化，使其异构化。如果催化环境或条件存在差异，α-蒎烯将会出现一种以上的异构物。β-蒎烯、α-松节油、异松油烯是α-蒎烯异构化主要产物。

3 芳烃的烷基化反应

3.1 多环芳烃的择形烷基化

一直以来对择形催化的不断研究，使得人们对联苯的4,4′-烷基化变得更加熟悉。联苯与丙烯在HY、HM 和HL 沸石上发生烷基化反应，HY 和HL沸石给的转化率与非晶态硅铝接近，但HM 的椭圆形孔道更加具有选择性。2,6-二异丙萘(DIPN)作为高性能聚酯的原料，如果采用一般的烷基化技术是无法合成的，它能生成很多取代物。使用酸性沸石可使2,6-烷基化在萘与丙烯或异丙醇的反应中能比其它异构体优先选择生成。

3.2 苯和长链烯烃的烷基化

链烯烃和苯进行烷基化反应后生成直链烷基苯(LAB)，这是合成洗涤剂的主要原料。氢氟酸是具有毒性和强腐蚀性的催化剂，这就很难适应环境保护的要求。由此，人们逐渐将研究工作放在了用固体酸催化剂取代传统的氢氟酸催化剂上面。我国目前在固体酸烷基化催化剂方面取得了显著的成绩，得出经用碱土或稀土金属离子改性的Y 型分子筛具有很强的催化活性和产物选择性，反应的温度要求很低，属于理想的LAB 催化剂

4 取代芳烃的烷基化反应

2010 年第1 期

2010 年1 月化学工程与装备Chemical Engineering & Equipment__ 4.1 苯酚的烷基化

在苯环的碳原子上能够发生苯酚的即C-烷基化，或者在羟基的氧原子上进行O-烷基化。Pentasil沸石的B 酸位比八面沸石要高。苯酚与长链烯烃的烷基化反应时，HY 分子筛需要用到化学脱铝与水热处理，产生先进的二次孔结构。这样一来，将会使得苯酚与长链烯烃烷基化反应的转化率、选择性都有所改善。

4.2 苯胺的烷基化

苯胺和甲醇发生的反应为烷基化反应，反应位置是在沸石分子筛上进行，该反应的生成物除了生成C-烷基化物外，还可以是N-烷基化物。当用当催化剂为高硅ZSM-5 沸石时，相比于C-烷基化N-烷基化作用更大。如果用MgO 浸渍HZSM-5 沸石，使其酸性减少后，N-烷基化物的选择性可以更加提高，