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摘 要

因其适宜的酸性和孔道结构，以丝光沸石制成的分子筛催化剂逐渐取代液体酸催化剂用于催化甲苯烷基化反应。丝光沸石分子筛是一种环境友好型的催化剂，改性后的丝光沸石更能提高甲苯的转化率和对叔丁基甲苯的选择性。掺入Sn的丝光沸石可以增加其L酸酸性进而增加其催化活性，同时Sn的原子直径大于Si原子，可以缩小丝光沸石孔径，更有利于目标产物的选择性。

本实验以偏铝酸钠、硫酸铝、硅酸钠等为原料用无模板法制得MOR，并采用Sn⁴ 交换制得Sn-MOR，后期对制得的样品进行XRD、氮气物理吸附表征。根据催化数据考察Sn-MOR对其催化性能影响。采用硅铝比为18.6的Sn-MOR催化剂在较适宜的反应条件下，即催化剂与甲苯的质量比为1:5、活化温度250℃、反应温度180℃、初始反应压力1.0MPa、反应时间5h，原料甲苯、叔丁醇和溶剂正己烷的摩尔比为1:2:3，甲苯转化率最高，达到45.69%，对叔丁基甲苯的选择性达到80.87%。

关键词：丝光沸石 无模板法 甲苯 Sn-MOR

Preparation of Sn-containing Mordenite and Study on the Catalytic Performance of Alkylation of Toluene with Tert-butyl Alcohol

Abstract

Because of its suitable acidity and pore structure, molecular sieve catalyst made of mordenite gradually substitute for liquid acid catalyst used in catalytic alkylation reaction of toluene. Mordenite zeolite molecular sieve is a kind of environmentally friendly catalyst, a modified mordenite can improve the toluene turn rate and selectivity of tert butyl toluene. The incorporation of Sn mordenite can increase the L acid in order to increase the catalytic activity and Sn atomic diameter greater than Si atoms can reduce diameter of mercerized zeolite, more conducive to the selectivity of the target product.

To achieve Sn-MOR performance its catalytic Sn-MOR physical, XRD of sample of Sn⁴ mor in this experiment, sodium aluminate, aluminum sulfate and sodium silicate as raw materials by template method, and the exchange of Sn-MOR late of nitrogen adsorption characterization. Based on the catalytic data investigation effect with silicon aluminum ratio was 18.6 catalyst in a suitable reaction conditions, the catalyst and toluene mass ratio of 1:5, activation temperature 250℃, the reaction temperature of 180℃, the initial reaction pressure 1.0MPa, reaction time was 5h, toluene, tert butyl alcohol and solvent hexane molar ratio 1:2:3, toluene conversion rate is the highest, reaching 45.69%, tert butyl toluene selective.

Key Words: mordenite; template free method; toluene; Sn-MOR

目 录

摘要 Ⅰ

ABSTRACT Ⅲ

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 丝光沸石 1

1.2.1 丝光沸石简介 1

1.2.2 丝光沸石研究进展 2

1.3 丝光沸石合成方法简介 4

1.4 催化剂表征技术 5

1.4.1 X射线衍射（XRD） 5

1.4.2 氮气吸附/脱附 7

1.5 烷基化反应简介 7

1.5.1 烷基化反应机理 7

1.5.2 甲苯、叔丁醇烷基化反应研究进展 8

第二章 实验部分 10

2.1 主要仪器及试剂 10

2.2 实验方法 11

2.2.1 丝光沸石的制备 11

2.2.2 材料表征 11

2.2.3 烷基化反应 12

2.2.4 定量计算法 12

第三章 结果与讨论 14

3.1 催化剂表征结果 14

3.1.1 XRD物相分析 14

3.1.2 N₂吸附脱附 16

3.2 催化性能研究结果 16

3.2.1 反应条件的影响….………………………………………………………………………………………………..16

3.2.2 催化反应结果……..………………………………………………………………………………………………..21

第四章 总结 22

参考文献 23

致谢 26

第一章 绪论

1.1 引言

叔丁基甲苯（TBT）作为一种重要的化学原料。其同分异构体之一，对叔丁基甲苯（PTBT）更是一种不可缺少的化学合成中间体，其氧化产物对叔丁基苯甲酸（PTBA）可用作切削、润滑添加剂，食品防腐剂等^[1]。叔丁基甲苯可由甲苯、叔丁醇在酸性条件下烷基化反应得到，但反应所需大量的酸使得在废酸处理上十分困难^[2]。

近年来，以丝光沸石（Mordenite）及其制成的分子筛催化剂作为上述反应的固体酸催化剂受到了广泛关注。催化反应中，丝光沸石分子筛展现出良好的稳定性，耐酸、碱等效果很好。对丝光沸石进行改性以改善酸性质及孔分布，改性后丝光沸石可以提高甲苯转化率及对叔丁基甲苯的选择性^[3-6]。常见的改性处理有酸/碱处理、阳离子负载等^[7]。

本课题涉及Sn取代丝光沸石骨架上的Si以达到改善丝光沸石酸性。Sn进入分子筛骨架后会增加分子筛的L酸，而甲苯和叔丁醇烷基化反应中我们发现L酸起主导作用^[8]，因而含Sn后会增加催化活性。同理，由于Sn的原子直径大于Si，取代后，孔径也会变小，这样本身孔径与目标产物对叔丁基甲苯会更为接近，故会有利于其选择性。

1.2 丝光沸石

1.2.1 丝光沸石简介

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