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活性炭负载酸催化剂及其应用

发布时间:2020-05-19 浏览

采用活性炭负载酸作为催化剂,具有催化活性高、选择性好、操作方便,并且有利于减少设备腐蚀和环境污染。活性炭负载酸催化剂可用于酯化反应等。

活性炭负载对甲苯磺酸催化剂的制备可采用以下过程:取400-600目的活性炭,首先用10%的稀硝酸淋洗,水洗至中性,蒸馏水浸泡后再用去离子水回流2h,减压过滤,150℃下干燥3h,将所得干净的活性炭与一定浓度的对甲苯磺酸(TsOH)溶液回流吸附12h,减压过滤后晾干,后在(120±2)℃下活化2h,就可得到一系列不同固载量的催化剂TsOH/C。

活性炭负载酸催化剂及其应用

乙酸乙酯(也称酷酸乙酯)是化工、医药生产的基本原料,也是重要的染料、香料中间体,传统的制备方法是在浓硫酸催化下,由乙酸与乙醇酯化而成。该酯化工艺虽然速度快,但酯收率低(70%-80%),而且反应后处理工序复杂,有“三废”污染,且浓硫酸在工业生产中不仅腐蚀设备,还会引起醇的脱水、聚合等副反应。用对甲苯磺酸代替浓硫酸制备乙酸乙酯,虽然可提高酯的收率,避免对设备的腐蚀,但因对甲苯磺酸在反应中易随乙酸乙酯流失,使得催化成本大为提高,且该工艺的后处理仍十分复杂。采用廉价易得的活性炭负载对甲苯磺酸作为催化剂,与非固载型对甲苯磺酸工艺相比,具有催化剂用量少、使用寿命长、酯收率高、反应后处理工序简单、不污染环境、不腐蚀设备、酯化反应既可间歇操作又可连续操作等优点,逐渐受到广泛关注。

经实验证明,以活性炭为载体,以浸渍法为制备方法,制备了活性炭负载对甲苯磺酸催化剂,其对合成三醋酸甘油酯的催化效果优于常用的酯化催化剂,收率大于92%,比以硫酸为催化剂的收率高15%,比以对甲苯磺酸为催化剂的收率高10%,且产品质量达到优级品标准。

而采用过量浸渍法,将具有Keggin结构的磷钨杂多酸(PW)负载于活性炭载体上,制备了PW/C催化剂,研究表明:PW/C系列催化剂随着PW负载量的增加,催化剂的酸量逐渐增加,PW负载质量分数达到30%时,仍然高度分散于活性炭表面,相对于活性炭707m2/g的比表面积,30%PW/C的比表面积仍然达到367m2/g,并且具有较大的酸量,该类催化剂在萘的异丙基化反应的结果显示,适宜的PW负载量为30%,催化剂较佳活化温度为300℃,160℃反应温度下,反应达到平衡的时间为150min,该催化剂在360min后萘的转化率接近100%,β,β’-位异丙基化的选择性较高。

此外,活性炭负载酸催化剂可在脱硫中获得应用。实验证明,无机酸处理对活性炭载体的吸附FCC汽油脱硫性能的影响,经硝酸处理的脱硫剂(AC-NH)与经硫酸和磷酸处理的脱硫剂(AC-SH,AC-PH)相比,拥有更好的脱硫性能。当硝酸浓度为65%、活化温度为80℃、焙烧温度为250℃、吸附脱硫温度为120℃及油剂比为1.0时,脱硫率可达90.43%。活性炭载体经氧化剂处理后其吸附脱硫性能的变化,与双氧水处理的脱硫剂(AC-H2O2)相比,过硫酸铵溶液处理的脱硫剂(AC-AP)拥有更好的吸附性能。当过硫酸铵溶液浓度为10%,活化温度为80℃,焙烧温度为250℃、吸附脱硫温度为120℃及油剂比为1.0时,脱硫率可达92.13%。

同时GC-FPD分析表明,酸处理脱硫剂和氧化剂处理脱硫剂优先吸附脱除汽油中的苯并噻吩;差热热重分析实验表明,活性炭载体及硝酸处理脱硫剂受热后的分解分为两步,且活性炭载体在100-600℃之间质量基本恒定;脱硫后活性炭载体的失重台阶不太明显;X射线衍射分析表明,活性炭载体经硝酸处理后,表面酸量大幅增加,而表面碱量减少;经350℃下焙烧处理、硝酸处理、过硫酸铵溶液处理后,活性炭载体的比表面积、孔容、平均孔径以及孔分布都变化不大,说明上述活化处理基本没有改变活性炭载体的内部孔结构。

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