苯與氯乙烷烷基化制乙苯的研究

【摘要】：苯的乙基化是制備乙苯的主要方法,工業(yè)上大多采用乙醇或乙烯為烷基化劑,在固體酸催化作用下直接烷基化,但較少有用氯乙烷為烷基化劑與苯烷基化反應(yīng)制乙苯,因此論文分別以氯鋁酸型離子液體、HZSM-5及改性HZSM-5沸石分子篩為催化劑,開展了苯與氯乙烷烷基化制乙苯反應(yīng)的研究,并將性能評(píng)價(jià)和物化表征相結(jié)合,對(duì)催化劑的催化性能差異進(jìn)行了探討。 論文首先以氯鋁酸型離子液體為催化劑(鹽酸三乙胺為陽離子),對(duì)苯與氯乙烷烷基化制乙苯的反應(yīng)條件從陰離子種類、加料方式、n(AICl3) /n ([Et3NH]Cl)、反應(yīng)溫度、n(苯)/n(氯乙烷)、離子液體用量、反應(yīng)時(shí)間及離子液體的重復(fù)使用性等方面進(jìn)行了系統(tǒng)的考察。結(jié)果表明,加料方式對(duì)苯轉(zhuǎn)化率及乙苯選擇性有影響,在相同的反應(yīng)條件下,第Ⅱ種加料方式與第Ⅰ種加料方式相比,所得的苯轉(zhuǎn)化率和乙苯選擇性較高。反應(yīng)溫度升高,苯轉(zhuǎn)化率升高,乙苯選擇性降低；增加n (AICl3) /n ([Et3NH]Cl)、n(苯)/n(氯乙烷)、離子液體用量,有利于提高乙苯的選擇性。在適宜的反應(yīng)條件下,離子液體用量為苯和氯乙烷總質(zhì)量的10%,n (AICl3) /n ([Et3NH]Cl)為2,反應(yīng)溫度為70℃,n(苯)/n(氯乙烷)為10,反應(yīng)時(shí)間30min,苯的轉(zhuǎn)化率達(dá)到9.48%,乙苯的選擇性達(dá)到93.65%,離子液體循環(huán)使用10次后仍能基本保持新鮮催化劑的性能,對(duì)于使用過的催化劑,通過補(bǔ)加AICl3的方法可恢復(fù)催化劑的活性,反應(yīng)過程中只有少量的二乙苯以及極少量的三乙苯,未有二甲苯異構(gòu)體生成。 其次,論文以HZSM-5為催化劑,系統(tǒng)的考察了苯與氯乙烷烷基化制乙苯的反應(yīng)條件。結(jié)果表明,以硅鋁比為25的HZSM-5為催化劑催化反應(yīng)的適宜反應(yīng)條件為：反應(yīng)溫度300-340℃,7n(苯)/n(氯乙烷)為8-10,質(zhì)量空速為4-6 h-1,在此條件下,催化劑催化苯與氯乙烷烷基化制乙苯具有較好的催化活性。 最后,以硼、磷、鎂改性的HZSM-5(硅鋁比25)為催化劑,在相同的反應(yīng)條件下,即反應(yīng)溫度320℃,,n(苯)/n(氯乙烷)為10,質(zhì)量空速為4 h-1,催化的苯與氯乙烷烷基化反應(yīng)苯轉(zhuǎn)化率均比未改性前降低,乙苯選擇性均得到提高,負(fù)載5%硼,乙苯選擇性可達(dá)99.27%,磷的負(fù)載量為3%時(shí),乙苯選擇性為97.92%,負(fù)載1%鎂,乙苯的選擇性為96.98%。結(jié)合性能評(píng)價(jià)和XRD、TPD、紅外吡啶、BET等表征手段,發(fā)現(xiàn)改性后的HZSM-5沸石分子篩總酸量均較未改性前有所下降,酸強(qiáng)度也有所減少,比表面積和孔容均變小,說明分子篩催化劑的表面酸性是影響苯轉(zhuǎn)化率和乙苯選擇性的主要因素。 【關(guān)鍵詞】：氯鋁酸鹽 離子液體 ZSM-5沸石 烷基化 苯 氯乙烷乙苯
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：TQ241.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-15
• 第一章 緒論15-35
• 1.1 選題背景和意義15-16
• 1.2 乙苯合成16-19
• 1.2.1 乙苯的生產(chǎn)工藝16-18
• 1.2.2 乙苯合成的研究進(jìn)展18
• 1.2.3 乙苯合成的催化劑的研究進(jìn)展18-19
• 1.3 離子液體19-25
• 1.3.1 離子液體的定義及發(fā)展概況19-20
• 1.3.2 離子液體的組成20-21
• 1.3.3 離子液體的制備21-22
• 1.3.4 離子液體在有機(jī)化學(xué)方面的應(yīng)用22-23
• 1.3.5 氯鋁酸型離子液體的組成23-24
• 1.3.6 氯鋁酸型離子液體的合成24
• 1.3.7 氯鋁酸型離子液體在烷基化反應(yīng)中的應(yīng)用24-25
• 1.4 沸石分子篩25-32
• 1.4.1 沸石分子篩的定義和結(jié)構(gòu)及分類25-26
• 1.4.2 沸石分子篩的酸性特征26-27
• 1.4.3 ZSM-5分子篩的結(jié)構(gòu)27
• 1.4.4 ZSM-5分子篩催化劑的改性方法27-31
• 1.4.5 ZSM-5沸石分子篩用于乙苯合成工藝31-32
• 1.5 研究工作設(shè)想32-35
• 1.5.1 研究方案32-33
• 1.5.2 擬解決的關(guān)鍵問題33
• 1.5.3 預(yù)期的研究成果及創(chuàng)新點(diǎn)33-35
• 第二章 實(shí)驗(yàn)部分35-43
• 2.1 制備氯乙烷所需試劑及反應(yīng)裝置35-36
• 2.2 離子液體催化苯與氯乙烷烷基化反應(yīng)36-39
• 2.2.1 離子液體催化劑的制備36-37
• 2.2.2 離子液體催化的苯與氯乙烷烷基化反應(yīng)所需的試劑及儀器37-39
• 2.2.3 離子液體的酸性表征39
• 2.3 HZSM-5分子篩催化苯與氯乙烷烷基化反應(yīng)39-42
• 2.3.1 烷基化所需試劑、催化劑39-40
• 2.3.2 實(shí)驗(yàn)裝置與操作方法40-41
• 2.3.3 改性分子篩催化劑的制備41
• 2.3.4 分子篩催化劑的表征41-42
• 2.4 烷基化產(chǎn)物分析方法42-43
• 第三章 結(jié)果與討論43-75
• 3.1 氯乙烷制備的反應(yīng)條件考察43-45
• 3.1.1 鹽酸和乙醇摩爾比對(duì)氯乙烷選擇性的影響43
• 3.1.2 無水氯化鋅用量對(duì)氯乙烷選擇性的影響43-44
• 3.1.3 氯乙烷的提純44-45
• 3.1.4 小結(jié)45
• 3.2 離子液體催化苯與氯乙烷烷基化反應(yīng)45-58
• 3.2.1 反應(yīng)溫度對(duì)烷基化反應(yīng)的影響45-46
• 3.2.2 苯與氯乙烷摩爾比對(duì)烷基化反應(yīng)的影響46-47
• 3.2.3 離子液體用量對(duì)烷基化反應(yīng)的影響47-48
• 3.2.4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)烷基化反應(yīng)的影響48-49
• 3.2.5 離子液體重復(fù)使用性49-50
• 3.2.6 [Et_3NH]Cl-2AlCl_3離子液體催化劑再生50-51
• 3.2.7 乙醚對(duì)烷基化反應(yīng)的影響51-52
• 3.2.8 不同AlCl_3/[Et_3NH]Cl摩爾比離子液體對(duì)烷基化反應(yīng)的影響52-53
• 3.2.9 陰離子對(duì)烷基化的影響53-54
• 3.2.10 AlCl_3和[Et_3NH]Cl-2AlCl_3離子液體催化烷基化反應(yīng)的對(duì)比54-55
• 3.2.11 二乙苯反烴化55-56
• 3.2.12 離子液體催化苯和氯乙烷烷基化反應(yīng)機(jī)理56-57
• 3.2.13 小結(jié)57-58
• 3.3 HZSM-5分子篩上催化的苯和氯乙烷烷基化反應(yīng)58-65
• 3.3.1 不同硅鋁比HZSM-5分子篩對(duì)烷基化反應(yīng)的影響58-62
• 3.3.2 反應(yīng)溫度對(duì)烷基化反應(yīng)的影響62-63
• 3.3.3 苯與氯乙烷摩爾比對(duì)烷基化反應(yīng)的影響63-64
• 3.3.4 質(zhì)量空速對(duì)烷基化反應(yīng)的影響64-65
• 3.3.5 小結(jié)65
• 3.4 改性HZSM-5上乙苯合成催化性能的比較65-75
• 3.4.1 改性HZSM-5分子篩的物理特性66-67
• 3.4.2 改性HZSM-5分子篩烷基化反應(yīng)的催化性能67-70
• 3.4.3 改性HZSM-5分子篩的催化性能比較70-72
• 3.4.4 小結(jié)72-75
• 第四章 結(jié)論75-76
• 參考文獻(xiàn)76-82
• 致謝82-83
• 研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文83-84
• 導(dǎo)師及作者簡介84-85
• 北京化工大學(xué)85-86

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