锰氧化物催化氧化苯甲醇合成苯甲醛的研究

来源 :广东工业大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:jql002
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苯甲醛是一种重要的有机合成中间体和精细化工产品,在农药、染料、香料、化妆品和制药等工业中有着广泛的应用。由苯甲醇选择性氧化合成苯甲醛的反应,在理论研究和工业生产都具有非常重要的意义。本论文主要研究了含锰复合氧化物催化剂的合成、表征及其在以70%TBHP为氧化剂的苯甲醇选择性氧化反应的应用,可分为四部分。第一部分采用超声波辅助溶胶-凝胶法制备出一系列的锰氧化物催化剂,考察了凝胶时间、焙烧温度和焙烧时间对催化剂的晶型和比表面积的影响,结果表明,焙烧温度和焙烧时间对催化剂晶型和比表面积的影响较大,在超声波作用下,凝胶时间对催化剂晶型影响较大,但对比表面积的影响不大;最佳的制备条件是在超声波作用下高锰酸钾溶液和富马酸反应30min后,凝胶24h,洗涤、过滤、干燥和研磨,然后在400℃焙烧3h即可得到较高结晶度的氧化锰八面体分子筛(OMS-2),其比表面积达81.2m2/g。以OMS-2为催化剂,甲苯为溶剂,70%TBHP为氧化剂,考察了反应时间、反应温度、TBHP用量和催化剂用量等因素对苯甲醛催化氧化反应的影响,最佳反应条件为:50mgOMS-2催化剂、5mmol苯甲醇、7.5mmol TBHP、15mL甲苯、反应温度为60℃、反应时间为4h时,苯甲醛收率(38.07%)最大,其选择性为100%。但是该反应体系用甲苯作为溶剂,毒性大,不利于环保。第二部分在无溶剂的条件下,考察了不同锰氧化物、不同氧化剂、反应时间、反应温度和’TBHP用量等条件对苯甲醇催化氧化反应的影响,结果表明,400℃焙烧的锰氧化物(OMS-2)的催化活性最好,通过优化实验可得出最佳的优化条件:0.5g催化剂,V(苯甲醇):V (70%TBHP)=1:1,反应温度为80℃,反应时间为4h,在优化条件下得到的苯甲醛收率和选择性分别为34.31%和76.74%,结果令人满意。第三部分在最佳的制备条件下,采用超声波辅助溶胶-凝胶法制备出一系列不同Ag掺杂量的Ag-Mn复合氧化物催化剂,再用不同焙烧温度对催化材料进行处理,考察其在无溶剂条件下以70%TBHP为氧化剂的苯甲醇选择性氧化反应的催化性能。结果表明,Ag掺杂量和焙烧温度对催化剂催化性能的影响较大,采用适当的Ag掺杂量和焙烧温度的Ag-Mn复合氧化物为催化剂具有比单组分氧化物更好的催化性能,其中Ag掺杂量为15%,500℃焙烧的催化剂的催化活性最好,Ag2O与氧化锰之间很好的协同效应有利于提高催化剂的氧化还原性能和苯甲醇催化氧化反应活性,得到相应的苯甲醛收率为45.49%,苯甲醛选择性为82.23%,苯甲酸选择性为15.08%,苯甲酸苄酯选择性为2.69%。第四部分采用超声波辅助溶胶-凝胶法制备出一系列不同Cu掺杂量的Cu-Mn复合氧化物催化剂,再用不同焙烧温度对催化材料进行处理,考察其在无溶剂条件下以70%TBHP为氧化剂的苯甲醇选择性氧化反应的催化性能。结果表明,Cu掺杂量为20%,焙烧温度为500℃的催化剂催化活性最好,催化剂表面高分散的Cu1.5Mn1.5O4晶相有利于提高催化剂活性,得到的苯甲醛收率为40.09%,同时苯甲醛、苯甲酸和苯甲酸苄酯的选择性分别为80.83%、16.51%和2.66%。对超声波辅助溶胶-凝胶法制备的氧化锰八面体分子筛、Ag(15%)-Mn-500、 Cu(20%)-Mn-500催化剂的重复使用稳定性进行了考察,结果发现催化剂重复使用三次之后,苯甲醛收率和选择性稍微降低,经过对反应前后催化剂的表征,发现反应前后催化剂的晶型保持一致,分散性较好,没有出现明显的团聚现象,但反应后催化剂的氧化还原性能稍微下降,证明催化剂循环使用活性较好,具有很好的稳定性,能够多次循环使用而不影响其结构。
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