微波辐射下金属离子改性Hβ分子筛催化合成蒽醌

【摘要】：蒽醌是重要的化工原料和精细化工中间体,在诸多领域有着广泛应用。但是传统均相催化剂(AlCl_3,H_2SO_4等)的使用带来了严重的环境问题,因此研发一种绿色无污染,且能回收利用的固体酸催化剂具有重要的意义。 为了缩短催化剂的改性时间,提高催化效率,本文采用了微波辐射加热代替常规加热改性β分子筛。考察了微波辐射加热β分子筛铵交换的影响因素,得出最适宜的改性条件:铵交换次数为1次,铵交换微波辐射功率为390W,交换时间为15min,干燥功率为325W,干燥时间为15min,焙烧温度为550℃,焙烧时间为5h。将以上所得催化剂用于催化苯与苯酐的反应,最佳反应条件为:反应物配比n(苯)/n(苯酐)为16/1,催化剂用量占反应物总质量的8.0%,反应温度250℃,反应时间5h。在以上最优化条件下,苯酐转化率为31.68%,蒽醌选择性为87.66%。与常规法相比,微波辐射加热能提高分子筛的改性效率,并能有效地改善其催化性能。经XRD表征后发现,微波辐射加热改性的分子筛其特征峰未发生任何变化,说明其骨架结构未被破坏。 本文用不同浓度的Al_2(SO_4)_3,TiCl_4,Ti(SO_4)_2,FeCl_3,Ce(NH_4)_2(NO_3)_6,InCl_3在微波加热条件下对Hβ分子筛进行改性,实验发现0.5mol·L~(-1) Al_2(SO_4)_3,0.04 mol·L~(-1) InCl_3和0.4mol·L~(-1)TiCl_4改性Hβ分子筛催化效果较好,苯酐转化率分别达到41.89%,49.09%,40.41%,苯酐选择性分别达到92.78%,75.35%,90.16%;而其它金属盐如Ti(SO_4)_2,FeCl_3,Ce(NH_4)_2(NO_3)_6,改性分子筛的催化活性较低。将0.5mol L1Al_2(SO_4)_3改性的分子筛进行再生性实验,考察其使用寿命,发现改性后的分子筛可重复利用十次,苯酐转化率和蒽醌选择性未发现明显下降。利用吡啶红外吸附光谱、NH_3程序升温脱附、X射线粉末衍射、N_2的吸附脱附等方法对催化剂进行了表征。实验证明,中强酸是该反应的活性中心,改性后分子筛以L酸为主,该反应的催化活性中心为L酸性位,当L酸与B酸量有合适比例时催化效果最好。 本文探讨了用溶剂法对产物进行分离提纯,通过对不同溶剂的筛选,发现二甲亚砜(DMSO)是合适的溶剂,其对苯酐的溶解度为8.57,而对蒽醌的溶解度仅为0.038,分离得到蒽醌的纯度大于96%,回收率大于92%。