层柱式沸石分子筛上异丁烷/丁烯吸附反应特性的可控调变

Isobutane/butene alkylation is an important industrial process. The improvement of the catalyst life is a key challenge for the isobutane/butene alkylation on the solid-acid catalysts. The catalyst life depends directly on the surface features. In this project, a new catalyst will be designed with grafting superacidic ionic liquid on the MCM-36 pillared zeolites to improve the catalytic reactivity and catalyst life. The diffusibility of reactants and products will be improved by the mesoporous characteristics of MCM-36. The hydrophobicity and the adsorptive properties of isobutane/1-butene on the catalyst surface can be adjusted by changing the structures and the chain length of ionic liquids. The tunable concentration and strength of acid sites can be achieved by varying the ionic liquid loading and the acidic groups. The local concentration distribution of the reactants on the catalyst surface can be tuned by adjusting the absorption properties and hydropobicity. Hence, the reaction direction and degree can be controlled to inhibit side reactions and to enhance the hydride transfer for improved selectivities, together with the improved reactivity and catalyst life. The adsorption properties of isobutane/1-butene/isooctane on the solid-acid catalyst surface, the modulation mechanism of the acid site density, acidic strength and their distribution, will be clarified. The rules of local concentration distribution of reactants and the mechanism of controlling catalytic reactivity will be demonstrated. The effects of acidic strength, acid site density, adsorption properties on the catalyst life will be investigated to predict the catalyst life, and thus to find a way to improve catalyst life. The catalyst regeneration will be explored to obtain a novel type of catalysts with a high conversion, selectivity and long life.

异丁烷/丁烯烷基化是重要的工业反应过程，改善催化剂寿命是固体酸催化工艺面临的关键问题。催化剂的表面特性直接影响催化剂寿命。本项目通过在层柱式沸石分子筛MCM－36上负载强酸性离子液体以改善催化剂的反应特性和寿命。利用MCM－36的介孔特性有效改善传递特性，通过改变离子液体结构调变催化剂表面的疏水性和吸附特性，通过改变离子液体的酸性基团和负载量调变催化剂的酸密度和酸强度，实现对催化剂表面局部区域反应物组成的调控，以控制反应进行的方向和程度，抑制聚合等副反应、强化氢负离子转移反应，提高选择性，改善催化剂的反应特性与寿命。阐明固体酸表面异丁烷/丁烯/异辛烷吸附特性和酸强度分布的调节机制和催化剂表面反应物组成的分布规律。揭示反应特性的调变原理，探明酸强度、酸密度、吸附特性参数等对催化剂寿命的作用规律和催化剂寿命的改善机制，实现催化剂寿命的可预测性。探明催化剂的再生方法，获得高效长寿命的新型催化剂。

固体酸催化剂因易失活而使其工业应用受到制约。副反应是导致催化剂失活的重要原因。催化剂表面反应局部区域的反应物组成偏离理想的反应物配比，导致副反应发生。本项目通过负载离子液体调变反应物在分子筛表面的吸附特性，通过催化剂孔道特性的改善以强化质量传递，实现反应物配比的改善，抑制副反应，改善固体酸催化剂的反应特性。.本项目开发了以哌啶取代六亚甲基亚胺为结构导向剂的MCM-36分子筛静态水热合成法。结果表明以MCM－36为载体的固体酸催化剂具有良好孔道特性，异辛烷在其表面的吸脱附动力学主要受表面反应控制。.设计并合成了25种离子液体。在MCM－22和MCM－36上进行离子液体的接枝负载。建立了离子液体/硫酸混合物Hammett酸强度、密度、表面张力、粘度等基础物性的具体测定方法，结果表明通过调节离子液体加入量或改变离子液体结构可以实现相关基础参数的有效调变。.系统研究了异丁烷在离子液体中的溶解特性。增加阳离子烷基链长能有效强化异丁烷在离子液体中的溶解；异丁烷与离子液体间的溶解度参数相差越大，异丁烷在该离子液体中的溶解度越小。研究结果探明了离子液体结构对溶解行为的作用规律。.通过对负载改性前后催化剂吸附特性的研究，发现离子液体负载改变了MCM－36或MCM－22的表面形貌结构、物化特性，改变了吸附质与吸附剂表面的相对作用力，使催化剂表面吸附的烷/烯比有所改变。分子筛MCM-22上的乙烷/乙烯比可由0.69-0.77提高到0.97-1.01。MCM－36上异丁烷/丁烯吸附比可以达到0.95，接近于烷基化反应所需的化学计量比。负载离子液体的极性越强，其对异丁烷/丁烯相对吸附量的改善程度越低。相关研究结果探明了离子液体阴阳离子及基团结构对负载改性分子筛的烷烯烃相对吸附能力的作用规律。.研究发现，离子液体烷基链长越短或酸性基团数量越多，其负载改性后的固体酸催化剂酸量越大。离子液体本身总体上呈现中性，负载改性导致固体酸的酸强度总体呈现下降趋势。相关工作探明了负载离子液体结构对负载催化剂酸量的作用规律。研究发现，离子液体负载降低了酸强度，使酸强度分布更宽，降低了其对C4烷基化反应的催化反应活性。但能够明显提高其对酯化反应的催化活性。相关工作探明了负载改性分子筛MCM-36的催化反应特性。