固载化三氯化铝催化剂的制备方法

日期: 2024-05-28 23:04:16|浏览: 62|编号: 70139

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固载化三氯化铝催化剂的制备方法

氯化铝是传统的催化剂之一,在烷基化、酰化、烷烃异构化、裂解、聚合等反应中表现出优异的催化性能。然而,由于其腐蚀性强、对生产设备要求高、催化剂与产物分离困难,生产过程中产生大量废水,造成环境污染,随着人类越来越重视自身的可持续发展问题,它的使用越来越受到限制。为了解决以上问题,在保持AlCl3优异催化性能的同时,通过固载化将其转化为环境友好的新型催化剂一直是催化学者们梦寐以求的目标。经过多年的研究,固载化氯化铝催化剂终于取得了一些进展。本文将介绍固载化氯化铝催化剂的制备方法。

一种固载化氯化铝催化剂的制备方法

(1)将氯化铝固定在氧化铝、二氧化硅等耐火氧化物表面

Smith提出利用氯化铝蒸气与表面带有羟基的氧化铝、二氧化硅等耐火氧化物反应制备氯化铝固载催化剂,并强调在300℃以上用N2等载气吹扫以除去未反应的氯化铝的必要性。典型的方法是将预处理后的Al2O3和无水氯化铝放入高压釜中,充入氢气,然后加热到氯化铝的升华温度以上(如250℃左右),搅拌数小时,然后在300-500℃下用氮气吹扫,除去未反应的氯化铝。这样得到的催化剂比载体重约6.5%。所得催化剂对n_C40的异构化反应表现出很高的活性。Kelly等指出氯化铝蒸气与耐火氧化物表面的羟基反应生成[-O-AlCl2]。 Myeds 报道通过用盐酸处理过的 Al2O3 和 Pt 与 AlCb 蒸气发生反应,得到了活性更高的烷烃异构化催化剂。

(2)AlCl3()与溶剂中的载体发生反应

采用CCl4、CHCl3等作溶剂,将三氯化铝溶解于其中,加入预处理后的脱水氧化铝、二氧化硅等载体,在50~80℃回流数小时至数天,在氮气保护、避光条件下反应。其中CCl4为最佳溶剂,苯、环己烷等作为溶剂效果很差,如n-C70的裂解活性比用CCl4作溶剂差3个数量级。根据Drago等的研究,反应前二氧化硅的预处理对催化性能至关重要。最佳处理方法是用1mol/L盐酸水溶液处理二氧化硅,在80℃、133Pa条件下干燥72h,再暴露在湿度为75%的大气中24h。 此时二氧化硅对水的再吸收量为0.02g-H20/g-Si02。在另一篇文献中,Drago指出用1M盐酸洗涤二氧化硅,再用30%过氧化氢处理的效果更佳。其原因归结于过氧化氢提高了二氧化硅表面羟基的浓度,从而提高了最终催化剂产品的酸性。

(3)三氯化铝与磺酸树脂络合

大孔磺酸树脂颗粒与惰性气体载带的AICl3蒸汽在115℃下反应生成强固体酸,反应过程中有盐酸释放,产物组成接近Cl:Al:S=2:1:2,且经证实各组分在颗粒中分布均匀。当过量三氯化铝存在时,树脂颗粒表面形成50nm厚的三氯化铝壳层。该催化剂对n-C40异构化、n-C40及n-C50歧化反应活性均有提高。

(4) 石墨夹层负载氯化铝催化剂的制备

石墨为层状碳材料,一般比表面积约0.5m2/g,孔容约0.065ml/g。当其它化合物进入其层间时,可增大层间间距。氯化铝、SbF5、BF3等L酸均可进入石墨层间,其载量一般可达35%,最高可达75%。除L酸外,还可在同一层间引入少量HF、盐酸或HSO3F等B酸或Pt、Pd等金属化合物。一般方法是将石墨与L酸在110~120℃混合加热,间歇搅拌1~3天。将HSO3F与SbF5一起引入石墨层间的方法为:将L酸溶于SO2(-30℃)中,向其中加入石墨并加热,搅拌数天。 层间含有5-55(m)%氯化铝的石墨材料是C50-C70异构化的优良催化剂。Cl2气氛促使氯化铝进入石墨层间。例如,在Cl2存在下,将等量的氯化铝和石墨混合,在110°C下放置过夜,可得到50%氯化铝/石墨催化剂。层间石墨也是BF3的优良储气材料。在BF3/N2气流中,由于BF3的吸附,石墨重量增加16%,体积膨胀76%。

(5)酸处理蒙脱石 K-10 负载氯化铝

K-10是一种具有部分中孔()的载体,以苯为溶剂溶解氯化铝,采用浸渍法制备氯化铝/K-10,在C6-C12烯烃或氯代烷与苯的烷基化反应中,具有较高的活性和对单烷基苯及烷基苯优异的选择性。

(6)γ-Al2O3与CCl4等氯化剂的反应

在400℃以上高温下,CCl4与γ-Al203反应生成三氯化铝,研究发现C0Cl2为中间物种。CCl4分子中含92%Cl,因此是最好的氯化剂。在300℃左右,γ-Al203表面的O和-OH基团被Cl取代,但Al203的基质结构得以保持。含0.5~10%CCl4的载气与经300~500℃热处理的γ-Al203反应1~24h,生成的氯化γ-Al203中C1的质量分数达6~9%。该催化剂具有良好的i-C4选择聚合特性。用类似方法制备的氧化γ-Al203也是4-甲基-C4-齐聚催化剂和丙烯、丁烯聚合催化剂。 也有专利要求A1203的纯度至少为99%,比表面积应大于150m2/g,当孔径大于200A的孔容占10%以上时,生成的产物为三聚体或更高的聚异丁烯。孔径d在-范围内的γ-Al203活性和稳定性高,生成的异丁烯聚合物较高。用盐酸作氯化剂时,γ-Al203表面变为强酸性,但催化活性较差。γ-Al203在真空条件下500℃加热1h后,继续在Cl2气中焙烧1h,生成强L-酸性(Ho≤-14.52)氧化物,1nm2表面上结合有2~3个Cl原子,相当于1个Cl原子对应5个Al原子。 该催化剂的组成、结构和性能与由氯化铝蒸气与γ-Al203载体的羟基反应制备的催化剂相似。

(7) MCM-41分子筛负载氯化铝催化剂的制备

采用具有介孔结构的MCM-41分子筛为载体,以苯为溶剂,采用液相回流法制备了共载氯化铝催化剂,其中氯化铝固体负载量为1.5mmol/g.cat。该催化剂用于苯与长链烯烃(C6~C16)的烷基化反应,研究发现,载体的孔结构影响反应生成单烷基苯产物的选择性。AlCl3/MCM-41催化剂被认为是一种适用于苯与长链烯烃烷基化反应的新型固体酸催化剂。C.Song等用同样方法制备了氯化铝/MCM-41催化剂并将其用于萘的异丙基化反应,研究发现该催化剂具有与酸性丝光沸石相似的反应活性,但2,6-二异丙基萘的选择性明显提高。 而且MCM-41载体经过硅烷化处理后,氯化铝/MCM-41催化剂上2,6-二异丙基萘的选择性能够进一步提高,作者认为这与催化剂外表面疏水性的提高有关。

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