间二甲苯制间苯二甲酸催化剂结构与性能关系的研究

间苯二甲酸（缩写：IPA）是一种极具发展前景的中间体原料，传统的Amoco法采用Co-Mn-Br三元均相催化体系，用醋酸做溶剂，用空气液相氧化间二甲苯制IPA,但该工艺间二甲苯和醋酸消耗高，环境污染大，设备严重腐蚀。本课题提出将杂多酸负载在活性炭上作催化剂，用醋酸水溶液作溶剂，构成一个气、液、固三相反应体系，利用空气将间二甲苯部分液相氧化为IPA，消除传统生产工艺中溴腐蚀和污染问题，同时减少IPA继续氧化所造成的消耗，从而提高IPA的收率，降低生产成本。本课题拟通过活性碳负载杂多酸间二甲苯部分氧化制IPA催化剂的研制以及活性碳负载杂多酸催化间二甲苯部分氧化制IPA催化机理、活性碳表面化学特性与活性碳负载杂多酸催化剂催化性能关系、活性碳表面物理结构与活性碳负载杂多酸催化剂催化性能关系等问题的研究, 揭示催化剂结构与性能的关系，开发出具有自主知识产权的高效、低耗、环境友好的IPA生产工艺。

工业应用的间苯二甲酸生产工艺是在醋酸溶剂中采用Co-Mn-Br均相催化体系，通过空气氧化间二甲苯(MX)制间苯二甲酸(IPA)，生产过程中醋酸、MX以及IPA会发生燃烧反应生成二氧化碳和水，既增加了原料消耗又造成环境污染，而且由于Br的存在，设备严重腐蚀，产生的CH3Br会破坏臭氧层。 .采用由Co-Mn-H3PW12O40构成的均相无溴催化体系可以实现MX空气氧化制IPA，将H3PW12O40负载在活性炭上，把均相H3PW12O40-Co-Mn体系转变为H3PW12O40/C/Co三相催化体系， MX转化率提高8.8个百分点和（IPA产率提高27.6%，燃烧产物COX的产生量降低，还大幅减少磷钨酸用量（仅为均相的21%），并且可以降低腐蚀、减少污染、易于分离；优化后的多相催化剂体系为：磷钨酸负载量7.5%(wt)，HPW/C活化温度220℃，Co2+浓度0.064%(wt)，HPW/C催化剂加入量15.0 g l-1。.采用过硫酸钠处理活性炭，制得的HPW/C催化剂，和原炭相比，IPA浓度提高18.5%，MX转化率提高1.14%。FTIR、Boehm滴定和BET表征分析表明过硫酸钠处理活性炭，使炭表面的羧基和内酯基含量明显增加，碱性基团减少，比表面积、微孔表面积和中孔表面积降低。.采用硝酸处理活性炭，提高了所得催化剂的活性，和原炭相比，MX转化率提高3.7%，IPA浓度提高30.64%；最佳硝酸改性条件：硝酸浓度10%(Vol)，浸渍时间8h，浸渍温度45℃，活化温度700℃，活化时间4h；表面化学特性和物理结构表征分析表明采用硝酸氧化改性，活性炭表面酚羟基、内酯基和羧基等酸性含氧官能团的数量明显增加，碱性基团减少，比表面积和微孔表面积减小，但在部分改性条件下，介孔数量增加。.采用双氧水处理活性炭，改性炭作载体，相比原炭，反应速度提高14.33%，IPA浓度提高43.48%，改性效果优于硝酸。双氧水处理活性炭的最佳条件：浸渍浓度12.5%(Vol)，浸渍时间7h，浸渍温度40℃，活化温度700℃，活化时间4h。.研究结果表明，作为氧化催化剂载体，活性炭表面的酚羟基、内酯基和羧基等酸性含氧官能团的增加是改善催化性能的主要因素，炭表面的介孔在催化过程中起重要促进作用。根据所取得的研究成果，可有针对性地定向调控活性炭的表面化学特性和物理结构，改善催化剂的性能。