Preparation and Catalytic Behavior in Ethylene Oligomerization of Nickel Catalyst Supported by Dendritic PAMAM Functionalized Nano-silica

doi:10.7503/cjcu20220778

Abstract

Abstract:

Nano-silica supported nickel catalyst（compound G） with good catalytic activity and reusability was prepared through anchoring via covalent binding of dendritic poly（amido amine）（PAMAM） in nano-silica. The composition and the morphology of compound G were verified by elemental analysis， Fourier transform infrared spectrophotometer（FTIR）， inductively coupled plasma（ICP）， X-ray diffraction（XRD） and scanning electron microscopy（SEM）. The catalytic behavior of compound G in ethylene oligomerization was evaluated and the effect of oligomerization parameters on the catalytic properties of compound G was investigated. The results showed that compound G had good catalytic properties and repeatability. Based on the grey correlation analysis， it was found that the reaction pressure was the most important factor affecting the activity of ethylene oligomerization， and the reaction temperature was the most important factor affecting the selectivity of ethylene oligomerization. When the methylaluminoxane（MAO） was cocatalyst， the dosage of compound G was 5 μmol， the molar ratio of Al/Ni was 500， reaction pressure was 0.7 MPa， reaction time was 30 min and reaction temperature was 35 ℃， the catalytic activity was 3.85×10⁵ g/（mol Ni·h） and the selectivity of C₄—C₈ olefins was 94.98%. The nickel content， the catalytic activity and the selectivity of C₈ olefin for compound G were higher than nickel catalyst supported by amino modified nano-silica （compound E） due to dendritic effect. And the catalytic activity of compound G was 3.12×10⁵ g/（mol Ni·h） and the selectivity of C₈ olefin was 36.37% after the third oligomerization reaction.

Key words: Dendritic poly（amido amine）, Ethylene oligomerization, Dendritic effect, Heterogeneous catalyst

CLC Number:

O643.3

TrendMD:

HUANG Jin, GUO Lijun, LI Feng, LI Yang, LI Cuiqin. Preparation and Catalytic Behavior in Ethylene Oligomerization of Nickel Catalyst Supported by Dendritic PAMAM Functionalized Nano-silica[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2023, 44(6): 20220778.

Figures/Tables 10

References 23

1	Wang S. L.， Sun W. H.， Redshaw C.， J. Organomet. Chem.， 2014， 751， 717—741
2	Nyamato G. S.， Alam M. G.， Ojwach S. O.， Akerman M. P.， Appl. Organomet. Chem.， 2016， 30（2）， 89—94
3	Liu J. Y.， Wang J.， Chen L. D.， Zhang N.， Lan T. Y.， Wang L. B.， Chemistry Select.， 2019， 4（47）， 13959—13963
4	Khudhair A. A.， Bouchmella K.， Andrei R. D.， Mehdi A.， Mutin P. H.， Hulea V.， Micropor. Mesopor. Mat.， 2021， 322， 111165
5	Moussa S.， Concepción P.， Arribas M. A.， Martínez A.， Appl. Catal. A： Gen.， 2020， 608， 117831
6	Li C. Q.， Zhai X.， Cheng M.， Li Y.， Li N.， Li F.， Wang J.， J. Coord. Chem.， 2020， 73（13）， 1937—1953
7	Ngcobo M.， Ojwach S. O.， Mol. Catal.， 2021， 508， 111583
8	Chen L. D.， Jiang Y.， Huo H. L.， Liu J. Y.， Li Y. Y， Li C. Q.， Zhang N.， Wang J.， Appl. Catal. A： Gen.， 2020， 594， 117457
9	Rozhko E.， Bavykina A.， Osadchii D.， Makkee M.， Gascon J.， J. Catal.， 2017， 345， 270—280
10	Alshehri S. M.， Ahamad T.， Aldalbahi A.， Alhokbany N.， Adv. Polym. Tech.， 2016， 35（1）， 21528
11	Rossetto E.， Nicola B. P.， de Souza R. F.， Pergher S. B. C.， Bernardo⁃Gusmão K.， Appl. Catal. A： Gen.， 2015， 502， 221—229
12	Malgas R.， Mapolie S. F.， Ojwach S. O.， Smith G. S.， Darkwa J.， Catal. Commun.， 2008， 9（7）， 1612—1617
13	Wang J.， Li H. Y.， Song L.， Shi W. G.， Zhang N.， Li C. Q.， J. Macromol. Sci. A， 2016， 53（11）， 709—715
14	Ahamad T.， Alshehri S. M.， Polym. Int.， 2014， 63（11）， 1965—1973
15	Wang J.， Zhang P.， Chen S.， Li C. Q.， Li H. Y.， Yang G.， J. Macromol. Sci. A， 2013， 50（2）， 163—167
16	Qu R. J.， Niu Y. Z.， Sun C. M.， Ji C. N.， Wang C. H.， Cheng G. X.， Micropor. Mesopor. Mat.， 2006， 97（1—3）， 58—65
17	Li C. Q.， Li D.， Wang F. F.， Gao Y. X.， Huang J.， Li F.， Appl. Organomet. Chem.， 2020， 34（11）， e5904
18	Chen L. D.， Huo H. L.， Wang L. B.， Kuang Q.， Shi W. G.， Zhang N.， Li Z. J.， Wang J.， Inorg. Chim. Acta， 2019， 491， 67—75
19	Zhang N.， Ma L. L.， Chen L. D.， Li C. Q.， Wang J.， Chem. Ind. Eng. Prog.， 2020， 39（2）， 539—547
	张娜，马立莉，陈丽铎，李翠勤，王俊. 化工进展， 2020， 39（2）， 539—547
20	Liu S. F.， Grey System Theory and Its Applications（8th edition）， Science Press， Beijing， 2017， 49—64
	刘思峰. 灰色系统理论及其应用（第八版），北京：科学出版社， 2017， 49—64
21	Fu Z. J.， Synthesis of Series of Novel Short⁃chain Hyperbranched Nickel Complex and Its Catalysis Performance of Ethylene Oligomerization， Northeast Petroleum University， Daqing， 2016
	符子剑. 短链超支化镍系催化剂的制备及催化乙烯齐聚性能研究，大庆：东北石油大学， 2016
22	Rossetto E.， Nicola B. P.， de Souza R. F.， Bernardo⁃Gusmão K.， Pergher S. B. C.， J. Catal.， 2015， 323， 45—54
23	Rossetto E.， Caovilla M.， Thiele D.， de Souza R. F.， Bernardo⁃Gusmão K.， Appl. Catal. A： Gen.， 2013， 454， 152—159

Sample	Amino group content/（mmol·g^-1）	Element content（%）
Sample	Amino group content/（mmol·g^-1）	C	N	H	Ni
Compound A	0.72	3.28	1.01	0.65	—
Compound D	—	8.76	0.95	0.68	—
Compound E	—	6.52	0.86	0.51	1.42
Compound B	—	9.05	0.87	1.36	—
Compound C	1.35	9.81	4.19	1.87	—
Compound F	—	17.92	3.63	1.99	—
Compound G	—	17.50	3.56	1.95	2.81

Sample	Amino group content/（mmol·g^-1）	Element content（%）
Sample	Amino group content/（mmol·g^-1）	C	N	H	Ni
Compound A	0.72	3.28	1.01	0.65	—
Compound D	—	8.76	0.95	0.68	—
Compound E	—	6.52	0.86	0.51	1.42
Compound B	—	9.05	0.87	1.36	—
Compound C	1.35	9.81	4.19	1.87	—
Compound F	—	17.92	3.63	1.99	—
Compound G	—	17.50	3.56	1.95	2.81

Target	Grey comprehensive correlation degree of each factor
Target	Dosage of main catalyst	n（Al）/n（Ni）	Reaction time	Reaction temperature	Reaction pressure
Activity	0.6331	0.6846	0.6589	0.7195	0.7305
Selectivity of C₄+C₆ olefins	0.6642	0.7388	0.7547	0.8509	0.7161

Target	Grey comprehensive correlation degree of each factor
Target	Dosage of main catalyst	n（Al）/n（Ni）	Reaction time	Reaction temperature	Reaction pressure
Activity	0.6331	0.6846	0.6589	0.7195	0.7305
Selectivity of C₄+C₆ olefins	0.6642	0.7388	0.7547	0.8509	0.7161

Entry	Catalyst	10^-5Activity/［g∙（mol Ni·h）^-1］	Oligomerization distribution（%）
Entry	Catalyst	10^-5Activity/［g∙（mol Ni·h）^-1］	C₄	C₆	C₈	C₁₀⁺
1	Si⁃Schiff⁃Ni	11.18	21.68	42.31	20.12	15.89
2	C₄⁃PAMAM⁃Ni ^a	4.10	35.29	32.53	29.51	2.67
3	Compound E（0）	2.17	56.82	22.40	9.71	11.07
4	Compound E（1）	2.09	57.06	22.47	8.65	11.82
5	Compound E（2）	1.96	57.76	22.36	9.61	10.27
6	Compound E（3）	1.68	56.95	23.15	8.56	11.34
7	Compound G（0）	3.75	30.84	23.45	40.69	5.02
8	Compound G（1）	3.50	32.12	22.65	39.14	6.09
9	Compound G（2）	3.24	33.23	22.18	39.45	5.14
10	Compound G（3）	3.12	35.19	25.62	36.37	2.82
11	HC2 ^b	3.05	98.00	2.00	0	0
12	Ni⁃B ^c	4.39	97.00	3.00	0	0