有机杂化介孔Beta分子筛的合成及在苯甲醇烷基化反应中的应用

doi:10.7503/cjcu20220086

摘要/Abstract

摘要：

针对沸石分子筛在苯甲醇和三甲基苯的烷基化催化反应应用中存在催化活性低及微孔孔道内大量苯甲醇自醚化副反应导致产物选择性低这一难题, 通过引入等级孔结构提高外比表面积和有机杂化修饰封堵微孔孔道的双重策略, 在大幅提升可接触的外表面活性中心数量的同时有效降低苯甲醇进入微孔孔道内发生自醚化副反应, 开发出具有高反应活性及烷基化产物选择性的有机杂化介孔Beta分子筛材料, 大幅度提升了其对苯甲醇和三甲基苯的烷基化反应的催化活性和产物的选择性, 使苯甲醇的转化率从66.8%提升到了99.7%, 烷基化产物的选择性从14.8%提高到50.7%. 本工作为开发高活性及高选择性的烷基化催化剂提供了新的思路.

关键词: Beta分子筛, 等级结构, 有机杂化, 烷基化

Abstract:

Through the dual strategy by introducing a hierarchical pore structure and an organic hybrid modification in zeolites， an existing problem of low catalytic selectivity， caused by quantities of side reaction of benzyl alcohol self-etherification in micropores， and the low catalytic activity in the alkylation reaction of benzyl alcohol and mesitylene has been solved. We developed an organic hybrid mesoporous Beta zeolite with high activity and high selectivity to alkylation products， which has greatly increased the number of accessible active centers on external specific surface， effectively reduced the self-etherification side reaction of benzyl alcohol in micropores， and immensely improved its alkylation catalytic activity and selectivity to alkylation product in the reaction of benzyl alcohol and trimethylbenzene. Eventually， we realized the increasing conversion of benzyl alcohol from 66.8% to 99.7% and the increasing selectivity to 2-benzyl-1，3，5-triethyl benzene from 14.8% to 50.7%. This work will provide a new thinking of the development of catalysts with high activity and selectivity in Friedel-Crafts alkylation.

Key words: Beta zeolite, Hierarchical structure, Organic hybridization, Alkylation

中图分类号:

O613

TrendMD:

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图/表 4

Fig.1 XRD patterns of Beta zeolite(a) and meso?Beta(b)(A), SEM images of Beta zeolite(B) and meso?Beta(C), TEM images of Beta zeolite(D) and meso?Beta(E), N2 adsorption?desorption isotherms(F), BJH pore size distribution(G), 29Si NMR(H), 27Al NMR spectra(I) and the NH3?TPD profiles(J) of Beta zeolite(a) and meso?Beta(b)

Table 1 Summary of the textural properties of Beta zeolite, meso-Beta and meso-Beta-TMCS-n

Sample	S_BET/（m²·g^?1）	S_micro/（m²·g^?1）	S_meso/（m²·g^?1）	V_p/（cm³·g^?1）	V_micro/（cm³·g^?1）	V_meso/（cm³·g^?1）
Beta	541.01	406.34	134.67	0.35	0.22	0.12
meso?Beta	645.32	223.57	421.75	0.51	0.12	0.39
meso?Beta?TMCS?0.0005	567.55	155.98	411.57	0.51	0.10	0.39
meso?Beta?TMCS?0.001	524.36	140.77	383.59	0.48	0.07	0.40
meso?Beta?TMCS?0.002	508.89	130.84	378.05	0.44	0.05	0.40
meso?Beta?TMCS?0.003	499.76	123.43	376.33	0.46	0.05	0.39
meso?Beta?TMCS?0.004	497.14	112.76	384.38	0.44	0.04	0.38

Fig.2 XRD patterns(A), N2 adsorption?desorption isotherms(B), BJH pore size distribution(C), FTIR absorbance spectra(D, E), TG?DSC curves(F) and contact angle diagrams(G—L) of meso?Beta?TMCS?n

Fig.3 Conversion of benzyl alcohol(A), selectivity to BTMB(B) and yield of BTMB in alkylation of mesitylene and benzyl alcohol(C) over Beta zeolite(a), meso?Beta(b) and meso?Beta?TMCS?0.001(c) and the catalytic performance of meso?Beta?TMCS?n(D)

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