含钛介孔碳催化剂的可控合成及催化丙烯环氧化的构效关系研究

The reaction of Propylene epoxidation to propylene oxide is important in petroleum chemical industry. In current HPPO process, after long-term use of microporous catalyst TS-1, byproducts deposite in the zeolite pores, and gradually make the zeolite deactivation. Changing the molecular sieve pore dimensions may be inherent effective solution. In this work, ordered mesoporous carbon is chosen for its large pore volume and small diffusion resistance. Active titanium centers will be functional orientated introduced to the mesoporous carbon skeleton. High performance Ti-containing mesoporous carbon catalysts will be prepared for propylene epoxidation. The controllable synthesis of Ti-containing mesoporous carbon catalysts and the structure-activity relationship design could be achieved. The relationship between the mesoporous structure of catalysts and the diffusion mechanism of byproducts will be revealed. The results of the studies can provide a foundation for the development of new catalytic materials and have a high practical value in the industrialization of propylene oxide.

丙烯选择性环氧化反应合成环氧丙烷在石油化工领域具有重要意义。目前HPPO工艺法中微孔催化剂TS-1经长期使用，副产物在分子筛孔道内沉积，逐渐使分子筛失活。改变催化剂固有孔道尺度是有效的解决途径。本课题利用有序介孔碳孔容大、扩散阻力小的特点，采用软模板原位合成法将活性中心钛导向性引入碳骨架，制备用于丙烯环氧化反应的高性能含Ti有序介孔碳催化剂。实现含Ti介孔碳催化剂微观结构的可控合成和构效关系设计，考察催化剂介孔结构与大分子副产物扩散机制之间的关系，揭示催化反应机理。为新型催化材料开发奠定基础，对环氧丙烷的产业化有较高的实用价值。

丙烯选择性环氧化反应合成环氧丙烷在石油化工领域具有重要意义。目前HPPO工艺法中微孔催化剂TS-1经长期使用，副产物在分子筛孔道内沉积，逐渐使分子筛失活。改变催化剂固有孔道尺度同时抑制副反应的发生是有效的解决途径。本项目首先以甲阶酚醛树脂为原料采用原位合成法制备含钛介孔碳材料，利用有序介孔碳孔容大、扩散阻力小的特点，采用软模板原位合成法将活性中心钛导向性引入碳骨架，制备用于丙烯环氧化反应的高性能含钛有序介孔碳催化剂。实现含钛介孔碳催化剂微观结构的可控合成和构效关系设计，为新型催化材料开发奠定基础。探究出纯介孔结构的催化材料对丙烯环氧化催化性能低，只有微孔和介孔相结合的多级孔结构的钛硅分子筛才具有较高的催化性能，因此在此基础上制备疏水多级孔钛硅分子筛催化剂。首先采用甲阶酚醛树脂作为碳源对钛硅分子筛进行疏水改性制备疏水钛硅分子筛，结果表明疏水钛硅分子筛能够有效的抑制副反应的发生并且保持较高的催化寿命。随后以甲阶酚醛树脂作为疏水改性的碳源，采用干胶转换法代替传统的水热合成法制备疏水多级孔钛硅分子筛。考察了疏水多级孔钛硅分子筛硅碳比对疏水性能的影响。优化了催化剂制备条件和环氧化反应条件，利用疏水多级孔钛硅分子筛进行丙烯环氧化反应，转化率和选择性均可大于90%。本项目的完成，为疏水性催化剂的设计，环氧化过程的开发提供理论依据及指导；对丰富疏水催化理论，开拓其在化学反应中的应用具有重要的理论意义和重大的应用价值。