TS-1催化丙酮氨氧化合成丙酮
TS-1催化的环己酮氨氧化反应研究
TS-1催化的环己酮氨氧化反应研究王亚权;潘明;吴成田;米镇涛;吴巍;闵恩泽;傅送宝【期刊名称】《四川大学学报（工程科学版）》【年(卷),期】2002(034)005【摘要】环己酮氨氧化反应是己内酰胺生产的绿色化学过程.催化剂的稳定性是该过程工业化的关键之一.本文考察了温度、溶剂、催化剂的加入量以及过氧化氢的加入方式等对TS-1催化环己酮氨氧化反应的影响,确定了反应的优化条件.为了研究反应介质对催化剂稳定性的影响,在比较苛刻的条件下、有无有机溶剂下对催化剂进行了氨处理.用扫描电镜、X-射线衍射、红外光谱和紫外-可见光谱对催化剂进行了表征.研究结果表明,反应介质对催化剂的粒径、结晶度、活性中心结构等具有破坏作用,而有机溶剂有效地限制了这些破坏作用.【总页数】4页(P20-23)【作者】王亚权;潘明;吴成田;米镇涛;吴巍;闵恩泽;傅送宝【作者单位】天津大学,化工学院,一碳化工国家重点实验室,天津,300072;天津大学,化工学院,一碳化工国家重点实验室,天津,300072;天津大学,化工学院,一碳化工国家重点实验室,天津,300072;天津大学,化工学院,一碳化工国家重点实验室,天津,300072;中国石油化工集团公司,石油化工科学研究院,北京,100083;中国石油化工集团公司,石油化工科学研究院,北京,100083;中国石油化工集团公司,巴陵石化鹰山分公司,湖南,岳阳,414003【正文语种】中文【中图分类】TQ21【相关文献】1.无机方法制TS-1催化剂上的环己酮氨氧化反应 [J], 蔡芳菲;王树林;周继承2.无机方法制TS-1催化环己酮氨氧化反应 [J], 蔡芳菲;王树林;周继承3.TS-1催化环己酮氨氧化反应本征动力学模型 [J], 赵虹;周继承4.无机钛硅原料体系合成钛硅分子筛及其修饰改性TS-1催化环己酮氨氧化反应性能 [J], 周继承;黄先亮;赵虹5.无机钛硅原料体系TS-1催化环己酮氨氧化反应的研究 [J], 赵虹;周继承因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
混合溶剂中TS—1催化丙烯环氧化反应的研究
定 配 比 的 甲醇 和 异 丙 醇 混 合 溶 剂 和 内标 物 Ｍ Ｂ ＴＥ
（ 甲基 叔 丁 基 醚 ， 入 量 占反 应 体 系 的 ８ｗ％ ） 入 加 装 已经 预热 的反应 釜 中 ， 开 减 压 阀 通 入 丙 烯 并 保 持 打
烷 的选择 性 都 随 之 增 加 ， 这 种 增 加 的趋 势 随 压 力 但 的继 续 升 高而 变缓 ； 增加 ｒ ． 催 化 剂 浓 度 可 以显 著 ｌ １ Ｓ
系统考 察 了溶剂组 成 （ 甲醇质量／ 丙醇质量 ） 反应温度 ， ２ ２浓度和 Ｔ－ 催 化 剂浓度 四个 因素 对反应 的影 响 ， 异 ， Ｈ ０ Ｓ１ 得 到 了反应 的最佳工 艺条件 。在 此条件下反应 ３ ｍｎ Ｈ ０ 转化率 为 ９ ．％ ， 氧丙烷选 择性 为 ９ ．％， 氧丙烷 收 ０ ｉ， ２ ２ ４１ 环 ５３ 环 率为 ８ ．％。 ９７ 关键词 ： Ｓ１ 化剂 ；环氧丙烷 ； 氧化氢 ；溶剂效应 Ｔ－催 过
中 图分 类 号 ：Ｔ ２ ３２ ６ Ｑ ２ ． 文 献 标 识 码 ：Ａ
Ｔ ． 催化 丙 烯 与 （ Ｓ１ ） ２的环 氧 化 反 应 具 有 反 应
解 可 以忽 略 。反 应 时先 将催 化 剂 Ｔ ．、０ｗ％Ｈ ＇ Ｓ１３ ２ 、 ０
一
条 件 温 和 、 应速 度 快 、 择 性 高 、 程 无 污 染 等 优 反 选 过 点 ， 环 氧 丙 烷 （ｏ） 色 合 成 技 术 的 发 展 方 向… 。 是 Ｐ 绿 如果 将 Ｈ ２ 产与 Ｔ ． 催 化 丙 烯 环 氧 化 反应 进 行 ２ 生 ０ Ｓ１
析纯 ， 烯 为 聚合 级 。 丙 １ ２ 实验装 置 与 操 作 丙 烯 环 氧 化 反应 在 间 歇 釜 ． 式 反 应器 中进 行 ， 采用 磁 力搅 拌 ， 反应 釜 内壁 经 过表 面钝化 处 理 ， 空 白实 验 证 明钝 化 处 理 后 的 反 应 釜 经
TS-1催化环己酮氨氧化反应本征动力学模型
步长 Runge-kutta 法解微分方程组. 拟合过程中的 目标函数为矢量极小值函数，采用单纯形法，使计 算值与实验数据值的残差平方和最小. 参数估值结 果如表 3 所示.
根据建立的两个机理模型对环己酮氨氧化反应 过程分别进行模拟计算，其模拟值与实验值的比较 如图 2、图 3 所示. 亚胺机理模型的平均计算偏差 为 3. 86% ， 羟 胺 机 理 模 型 的 平 均 计 算 偏 差 为 2. l5% . 为了从两个模型中筛选出较优模型，下面 分别对这两个模型进行统计检验. 本文根据方差分 析理论，残差平方和 O 越小、决定性指标 "2 越接 近 l、Fr 检验值越大，模型的回归效果越显著［l2］. 计算结果如表 4 所示. 因此，可以认为羟胺机理模 型能较好地描述动力学实验结果.
时反应为动力学控制，所测得的反应速率为本征动
力学速率. 通过改变搅拌速度考察外扩散对氨氧化
的影 响，从 图 l 可 以 看 出，当 搅 拌 速 度 达 到 800 r·min - l 后， 催 化 剂 外 部 传 质 的 影 响 已 经 基 本
消除.
2 本征动力学模型的建立
在预实验中发现，环己酮转化率及对肟的选择 性可达 98% 以上，双氧水的有效利用率在 80% 左 右. 因此在动力学研究中可以忽略其他副反应，仅 考虑氨氧化反应和双氧水的分解. TS-l 分子筛骨 架具有强烈的疏水性［6］，所以在动力学研究中可以 忽略溶剂水对催化活性中心的影响. 通过估值计 算，求出氨氧化反应的标准摩尔反应吉布斯函数， 从而求出反应的标准平衡常数为 l. 05 X l045 ，因此 认为环己酮氨氧化反应为不可逆过程. 预实验结果 表明氨氧化反应速率与氨水、双氧水浓度都有关， 假设各物质的吸附为控制步骤得出的速率方程与实 验事实不符，表面反应应该是过程的控制步骤.
TS_1催化丙烯环氧化反应及动力学研究_赵基钢
摘
要 : 研究了丙烯环氧化反应条件 , 系统 考察了 反应压 力 、 溶 剂中水 质量分 数 、 TS - 1 质量分 数以
及反应温度对过氧化氢转化率以及环氧丙烷选 择性的影响 , 采用 非机理速 率方程 确定了 主反应 动力学 参数 。 并采用该反应动力学模型对 T S - 1 质量分数 、 溶剂中水质量分数对在不同温度下的双氧 水转化速 率常数进行了关联 。 为今后建立复杂动力学模型以及该 工艺的工业化打下了良好的基础 。 关键词 : T S - 1; 丙烯环氧化 ; 动力学 ; 过氧化 氢 中图分类号 : T Q 223 文献标识码 : A 文章编号 : 1008 - 0511( 2006) 01 - 0043 - 05
生成环氧丙烷的质量 100 加入的双氧水能生成环氧丙烷的质量 ( 3) 式中 :
0 H O
2 2
和
i H O
2 2
分别为反应前后双氧水的
质量浓度 , n PO , n NME 和 n PG 分别为反应后环氧丙 烷, 丙二醇单甲醚和丙二醇生成的物质的量。
2 结果与讨论
2. 1 反应压力的影响 初始反应物中组成为按质量分数 30% 双氧 水与甲醇的质量比为 7. 06 1, 甲醇和双氧水混合 后总体积为 1 L 。催化剂 10 g, 反应温度控制在 50 , 改变反应压力 , 得到双氧水转化率以及环 氧丙烷选择性在不同压力下的变化规律分别如图 2 和图 3 所示。
图 4 在不同水质量分数下双氧水转化率随反应时间的变化
图 2 在不同反应压力下双氧水转化率随反应时间的变化
图 5 在不同水质量分数下环氧丙烷选择性随反应时间的变化
第1期
赵基钢 , 等 . T S -1 催化丙烯环氧化反应及动力 学研究
TS-1 分子筛催化苯乙酮氨肟化反应
96
70
95
94
Conversion rate Selectivity
93
92
70
75
80
85
90
Temperature (℃)
图 1 反应温度对苯乙酮氨肟化反应的影响 Fig.1 Influence of temperature on ammoximation of acetophnone
3.3 助催化剂的影响 Al2O3 和乙酸铵都曾被作为苯乙酮氨肟化反应的助
100
90
Conversion rate
80
Selectivity
Utilization ratio of H O 22
70
60
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
Molar ratio of H O to acetophenone 22
图 4 H2O2 加入量对苯乙酮氨肟化反应的影响 Fig.4 Influence of H2O2 content on ammoximation
0.43%(ω)时能显著提高苯乙酮氨肟反应的转化率，而 Al2O3 的作用不明显. 为了获得较高的转化率，物料中 NH3/苯乙
酮以及 H2O2/苯乙酮的摩尔比应分别控制在 2.00 和 1.27 以上.
关键词：钛硅分子筛；苯乙酮；氨肟化；苯乙酮肟；H2O2；催化
中图分类号：TQ234.21
文献标识码：A
苯乙酮转化率的计算采用内标法，苯乙酮肟选择性 的计算采用归一法.
苯乙酮转化率(%) =
反应投入的苯乙酮量 - 反应后剩余苯乙酮量 ,
反应投入的苯乙酮量
苯乙酮肟峰面积
苯乙酮肟选择性(%) =
钛硅分子筛TS_1催化环己酮氨氧化制环己酮肟_高焕新
第19卷 第4期催 化 学 报1998年7月Vol.19 No.4Chinese Journal of Catalysis July 1998钛硅分子筛TS-1催化环己酮氨氧化制环己酮肟高焕新舒祖斌曹 静张玉贤卢文奎陈庆龄(中国石油化工总公司上海石油化工研究院,上海201208)提 要 对钛硅分子筛T S-1催化环己酮氨氧化制环己酮肟的研究结果表明,提高催化剂的投料量、提高分子筛的钛硅比和降低H2O2的空速,有利于提高氨氧化反应的转化率和选择性.降低氨/酮比不利于氨氧化反应,适宜的氨/酮摩尔比应该在2 0以上.适宜的氨氧化反应温度是80 左右,过低和过高的温度都不利于氨氧化反应.进料方式会严重影响T S-1催化氨氧化反应:H2O2的连续进料和氨的间歇进料方式可获得最佳的结果.在优化的反应条件下,环己酮的转化率可达100%,环己酮肟的选择性为97%.给出了可能的T S-1催化氨氧化反应机理,认为氨氧化反应是经历了氨催化氧化为羟胺的过程,肟是羟胺与环己酮通过非催化方式直接反应的结果.关键词 钛硅分子筛,环己酮,环己酮肟,氨氧化,反应机理分类号 O643环己酮肟是生产 -己内酰胺的中间体.在传统的工业中环己酮肟是采用羟胺法生产的,由于羟胺和大量硫酸的引入,使得该反应工艺有着严重的环境污染问题,并且由于大量低值硫酸铵的生成,使得整个生产效益受到影响.80年代以来,国外一些公司和研究机构为改进该工艺进行了大量的研究工作,如Allied化学公司提出的气相氨氧化法,三菱公司的阳离子交换膜反应工艺等[1~4],但只有意大利Montedipe公司开发的TS-1对烃类具有较高的选择催化氧化活性.同现有工业生产过程相比,T S-1催化环己酮氨氧化制环己酮肟具有反应条件温和、副产物少、能耗低、污染低、选择性高等特点.1 实验部分1.1 仪器及试剂 所用仪器分别为JSM-35C型电子显微镜,Rigaku-2078型X射线粉末衍射仪,Nicolet10DX型红外光谱仪,H P5890型气相色谱仪,HP1090型液相色谱仪.环己酮, 30%H2O2,叔丁醇,正硅酸四乙酯,钛酸四丁酯等均为分析纯试剂.1.2 钛硅分子筛TS-1的合成 钛硅分子筛T S-1是以正硅酸四乙酯、钛酸四丁酯及四丙基氢氧化铵等为原料,水热法合成.典型的分子筛胶体组成为:n(SiO2) n(T iO2) n(T PA OH) n (H2O2)=10 0 25 2 500.静态晶化3d,晶化温度175 ,最后经550 焙烧5h以上.FT-IR 和XRD分析表明所合成的TS-1分子筛具有960cm-1特征吸收峰和典型的M FI结构.电子显微分析(SEM)表明所合成的TS-1分子筛为均一的圆球体.1.3 TS-1分子筛催化环己酮氨氧化反应 氨氧化反应在500ml三口反应器中进行,并配有一个回流冷凝管及恒流进样系统.在上述反应器中加入5 00g催化剂,39 2g环己酮,60ml 浓氨水及适量水和叔丁醇,升温到预定温度后,加入41ml的H2O2(10 0mol/L)开始反应.产物分析在GLC毛细管气相色谱仪上进行(H P5890,FFAP柱0 25m m 17m).部分结果经过H PLC分析校验.2 结果与讨论2.1 分子筛中钛含量对氨氧化反应的影响 由表1可见,以不含钛的Silicalite-1为催化剂时,收稿日期:1997-07-28. 高焕新:男,1966年生,博士,高级工程师.表1 催化剂中钛含量对氨氧化反应的影响T able 1 Effect of titanium content in T S -1on the ammox idationn (Si O 2)/n (T i O 2)Cyclohexanoneconversion (%)Cyclohexanone ox i me selectivity (%)Silicalite -151.0068.088.7100.040.091.6100.035.297.5100.030.0100.098.0n (H 2O 2)/n (Cyclohe x anone)=1.05,n (NH 3)/n (cy c lohex -anone)=2.0,m (Cat al yst )/n (cyclohex anone)=12.50g/mol,H 2O 2WHSV =3.264h -1,V (Org a nic)/V (H 2O)=1,NH 3interval addition,Temperature 80 ,Reac -ti on time 5h环己酮肟的选择性为0,而环己酮仍有51%转化为副产物.这可能是由于非催化氧化聚合所致.产物分析表明此时生成了大量高沸点化合物.随着分子筛中钛含量的增加,不仅转化率逐渐提高,而且对肟的选择性也达到100%.上述结果表明,钛硅分子筛中骨架钛原子为氨氧化反应的催化活性中心,其含量决定着氨氧化的转化率和肟的选择性.当钛含量为0或很低时,环己酮的非催化氧化会加剧.这可能与反应体系中过氧化氢浓度积累过高有关.表2 进料方式对氨氧化反应的影响T able 2 Effect of addition mode on the ammoxidationAddi tion modeH 2O 2NH 3Cyclohexanone Cyclohexanone conversion (%)Cyclohexanone ox i me selectivity (%)Yield (%)All at onceAll at once All at once 73.248.035.1Continuous All at once All at once 58.092.853.8Continuous Interval All at once 97.5100.097.5ContinuousIntervalContinuous99.698.097.6n (SiO 2)/n (T iO 2)=32,Other conditi ons are the same as in Table 1.表3 催化剂用量对氨氧化反应的影响T able 3 Effect of catalyst amounton the ammox idationm (Catalyst)n (cyclohe x anone)(g/mol)Cyclohexanone conversion (%)Cyclohexanone oxime s electivity(%)020.02.5035.026.86.2584.998.68.7590.897.810.0093.5100.012.50100.098.0H 2O 2addition 0.48mol/(h L),Reaction time 1h.Other condtions are the same as in Table 1.2.2 进料方式对氨氧化反应的影响 表2给出进料方式对氨氧化反应的影响.由表2可见,H 2O 2和NH 3的进料方式对氨氧化有较大的影响.当H 2O 2和NH 3均一次进料时,环己酮的转化率和环己酮肟的选择性都很低,产率仅35 1%;当H 2O 2采用连续进料后,肟的选择性大幅度提高到92 8%,产率达53 8%;当H 2O 2和NH 3分别采用连续进料和间歇进料方式后,转化率和选择性分别提高到97 5%和100%.结合表1结果,有理由认为当过氧化氢采用一次投料时,反应体系中H 2O 2浓度很高,必然会导致非催化副反应的进行而使选择性严重降低;同时由于H 2O 2在碱性环境中的分解而使转化率降低.氨的一次投料会加剧氨本身的催化氧化形成NO x 及N 2,因而会使反应的转化率降低.H 2O 2的连续进料和氨的间歇进料能够有效地避免上述不利因素,因此有利于氨氧化反应的进行.由表2可发现一个十分有意思的结果:无论环己酮是一次投料还是连续进料,氨氧化反应都能获得良好的结果,肟的产率都高达97%以上.在这两种极端情况下,即无论体系中环己酮在很高浓度还是在极低浓度时,氨氧化反应都能顺利进行.这说明氨氧化反应速度和反应体系中环己酮的浓度无关.2.3 催化剂用量对氨氧化反应的影响 表3反映了催化剂用量对氨氧化反应的影响.显然,随着催化剂用量的增加,氨氧化反应的转化率和选择性都随之提高,并可分别达到100%和98%.然而在催化剂用量较少时,肟的选择性很低;在没有催化剂存在的条件下,尽管肟的选择性为0,但环己酮仍然有20%转化为副产物.大量空白实验表明,NH 3,H 2O 2和环己酮的同时共存,随反应条件的差异,环己酮的消330催 化 学 报19卷耗在10%~50%间.上述结果,表明催化氧化生成肟的过程与非催化副反应之间存在着竞争机制,即进入反应体系中的H 2O 2如不能迅速与催化剂结合并使环己酮氧化为肟,则环己酮将与游离的H 2O 2及氨反应生成高沸点副产物.这说明控制适宜的反应条件,抑制非催化副反应是环己酮氨氧化反应的关键所在.环己酮在氨存在下,能够形成亚胺,而亚胺是一种活泼的中间体,很容易被氧化生成复杂的多聚副产物.因此,在有氨、较高浓度的H 2O 2和环己酮同时存在的体系中,必然使氨氧化反应的选择性和转化率降低.反应历程如下:T iOH 2O 2Ti OOH(1)O NH 3NHTiOOHNOH (2)H 2O 2ON OO(3)Non -catalytic side reactionNH 3T i OOHNH 2OHONOH (4)TiOOHN 2+NO x(5)Catalytic side reaction表4 H 2O 2空速对氨氧化反应的影响T able 4 Effect of H 2O 2WHSV on the ammox idationm (Catalyst)n (cyclohe x anone)(g/mol)H 2O 2WHS V(h -1)Cyclohexanone conversion (%)Cycloh exanoneoxime selectivity (%)6.25 3.26490.196.612.50 3.264100.098.012.50 4.89698.091.212.50 6.52897.293.712.509.79281.488.912.5013.05674.783.56.256.52892.391.6The reaction conditions are the same as in T bale 1.T S -1催化环己酮氨氧化反应可能有以下两种机理[5~8]:第一种机理是环己酮先和氨反应形成亚胺,亚胺再进一步被钛和过氧化氢的活性中间体氧化生成环己酮肟;第二种机理是氨先被催化氧化为羟胺,羟胺再通过非催化过程直接与环己酮反应生成肟.如果氨氧化是通过亚胺的机理,则环己酮的浓度会影响氨氧化反应的速度;而上述实验结果表明,环己酮的浓度与氨氧化反应速度无关.这表明氨氧化反应不是通过亚胺的过程.考虑到环己酮及其所形成的亚胺都具有较大的分子尺寸,因此不可能和钛过氧化物形成中间体,故可认为氨氧化反应是经历羟胺的反应机理(4),而主要副反应则是经历亚胺的过程(3).根据这一机理,氨的浓度和催化剂的用量是决定催化反应速度的主要因素,而体系中游离的H 2O 2会导致非催化副反应(3).即增加催化剂的用量会加快肟化反应的速度,并使体系中H 2O 2的浓度降低,从而会大幅度提高肟的选择性.这与实验结果相一致.2.4 H 2O 2空速对氨氧化反应的影响 表4是H 2O 2空速与氨氧化反应的转化率和肟的选择性之间的关系.由表可见,在给定的反应条件下,反应的转化率和选择性随H 2O 2空速的提3314期高焕新等:钛硅分子筛T S -1催化环己酮氨氧化制环己酮肟高而逐渐降低.这是因为随过氧化氢空速的提高,反应体系中游离H 2O 2的浓度也越来越高,根据前述反应机理,必然加剧非催化氧化副反应,同时也会加剧H 2O 2在碱性反应介质中的分解.这意味着过氧化氢的空速应与催化反应速度相匹配,即在反应体系中H 2O 2的浓度一直保持很低,以避免非催化副反应和其分解.在相同的过氧化氢空速下,减少催化剂的用量也会使环己酮的转化率和肟的选择性降低.随过氧化氢空速的提高,肟的产率几乎线形下降(图略).这充分说明适当控制H 2O 2的空速对于提高反应的转化率和选择性是十分重要的.2.5 氨/酮比对氨氧化反应的影响 表5为氨/酮比对氨氧化反应的影响.由表5及表1~4可见,当氨/酮摩尔比达到2时,氨氧化反应可获得良好的结果.降低氨/酮比到1 5以下时,虽然降低H 2O 2的空速可使肟的产率有所提高,但依然得不到满意的结果.氨/酮比为1 5时,即使H 2O 2的空速降至2 04,肟的产率仅为82 4%,仍然低于氨/酮比为2 0,H 2O 2空速为6 528时肟的产率(84 5%).上述结果说明,氨浓度的高低严重影响着氨氧化的转化率和选择性.由(4)可知,氨浓度的提高能够加快羟胺的生成速度,因此会提高氨氧化反应速度并使反应体系中的H 2O 2迅速反应并保持在较低的浓度.因此,在反应条件下氨的浓度是决定氨氧化反应速度的主要因素.表5 氨/酮比对氨氧化反应的影响T able 5 Effect of ratio of ammonium to cyclohex anone on the ammox idationH 2O 2WHSV(h-1)n (NH 3)/n (Cyclohex anone)Cyclohexanone conversion (%)Cyclohexanone ox i me selectivity (%)Yield (%)6.528 2.092.391.684.56.528 1.586.280.869.64.080 1.595.883.379.82.0401.592.588.882.4m (Catalyst)/n (cy c lohexanone)=6.25g/mol.Other condi tions are the same as in T able 1.表6 温度对氨氧化反应的影响T able 6 Effect o f temperatur e on the ammoxidationt / Cyclohexanone conversion (%)Cyclohexanoneox i m e selectivity (%)5052.324.56058.955.670100.096.280100.098.0The reaction conditions are the same as in T able 1.表7 溶剂配比对氨氧化反应的影响T able 7 Effect of ter t -BuOH/H 2O ratioon the ammoxidationV (tert -BuOH/H 2O)V (H 2O)Cyclohexanone conversion (%)Cyclohexanone ox i me selectivity (%)3/25697.4110098.03/1092.986.92/1510093.8The reaction conditions are the same as in T able 1.2.6 温度对氨氧化反应的影响 由表6可见,随反应温度的提高,环己酮的转化率和肟的选择性显著提高.这可能与氨催化氧化为羟胺的反应速度有关.因为在较低的反应温度下,催化反应速度相对较慢,在给定H 2O 2空速的条件下,反应体系中过氧化氢的浓度会逐渐积累并达到相对较高的浓度,因而会加剧非催化副反应,使催化反应的转化率和选择性降低.实验结果表明,80~100 时,H 2O 2的分解和NH 3的挥发变得十分显著,体系的压力显著增加,不利于获得高的转化率.在实验条件下,反应温度为80 时,氨氧化反应速度较快,且H 2O 2的分解也不显著,因此有助于得到良好的反应结果.在较低温度下,产率和温度存在着线性关系,随温度的升高,肟的产率线性增加.但在温度高于70 时,这一趋势减缓,说明此时反应温度不再是决定反应速度的主要因素.2.7 溶剂配比对氨氧化反应的影响 表7列出溶剂配比与氨氧化反应的转化率及选择性之间的关系.不难看出,溶剂的性质对氨氧化反332催 化 学 报19卷应有着显著的影响:在叔丁醇与水的混合溶剂(体积比为1)中,氨氧化反应有着最高的选择性和转化率,这是因为在此反应介质中反应物环己酮、氨、过氧化氢和产物环己酮肟都有着良好的溶解性;在有机溶剂含量较大的体系(V (Org anic)/V (H 2O)=3/2)中,氨的溶解度较小,因而降低了氨氧化反应速度;增加溶剂中水的含量,甚至全部以水为溶剂,依然能够得到100%的转化率和93 8%的选择性.这是钛硅分子筛催化剂与其他类型的氧化物催化剂显著不同的特点,也是其优点所在.钛硅分子筛之所以在水溶液体系中对有机物的氧化有着优良的活性和选择性,与其疏水而亲油的孔道结构有关,也可能与氨在水介质中有着良好的溶解度有关.参考文献1 Armor J N ,Carlson E J,Soled S et al.J Catal ,1981,70:842 Dreoni D P,Pinell D,T rifiro F.J M ol Catal ,1991,69:1713 Dreoni D P,Pinell D,T rifiro F.J M ol Catal ,1992,71:1114 Pieri E,Pinell D,T r ifiro F.Chem Eng Sci ,1992,47:26415 T varuzkova Z,Habersberger K ,Zilkova N et al.A pp l Catal ,A :Gener al ,1991,79:1056 T varuzkova Z,Habersberger K et al.Catal Lett ,1992,13:1177 Zecchina A,Spoto G,Bortiga S et al.Stud Surf Sci Catal ,1993,75:7198 L e Bars J,Dakka J,Sheldon R A.A p p l Catal ,A :General ,1996,136:69STUDY ON THE AMMOXIDATION OF C YCLOHEXANONE TO CYCLOHEXANONE OXIME C ATALYZED BY TITANIUM S ILICALITE -1Gao Huanxin,Shu Zubin,Cao Jing,Zhang Yuxian,Lu Wenkui,Chen Qingling(Shanghai Resear ch I nstitute of Petr oleum -Chemical T echnology ,SI N OPEC,S hanghai 201208)Abstract Cyclohexanone can be ammox idized catalytically and selectively to cyclo -hexanone oxime in the presence of titanium silicalite -1.Increasing the amount of cata -lyst or titanium content in T S -1and decreasing WHSV of hydrogen peroxide,the conversion of cyclohexanone and the selectivit y to oxime increases.Low ering the ratio of ammonia to cyclohexanone can decrease the select ivity and the conversion greatly.Good results can be obtained only when the ratio of ammonia to cyclohex anone is above 2.0at reaction temperature of about 80 .Addition mode of H 2O 2and NH 3can also affect the ammoxidation seriously:continuous addition of H 2O 2and interval addition of NH 3can give satisfied results.U nder optimized condition,cyclohexanone conversion can reach 100%at 97%select ivity to oxime.According to the experimen -tal results,the mechanism of the ammoxidation is also outlined.Key words Titanium silicalite -1,Cyclohexanone,Cyclohexanone ox ime,Ammox-i dat ion,React ion mechanism(Ed WWQ)3334期高焕新等:钛硅分子筛T S -1催化环己酮氨氧化制环己酮肟。
钛硅分子筛TS-1催化环氧丙烷异构反应的机理探究
文献标志码： A
文章编号： 0438-1157 （2021） 10-5150-09
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Mechanistic insights into catalytic isomerization of propylene oxide over TS-1
WANG Gang, DUAN Xuezhi, YUAN Weikang, ZHOU Xinggui
收稿日期：2021-04-15
修回日期：2021-06-30
通信作者：段学志（1983—），男，博士，教授，xzduan@
第一作者：王刚（1992—），男，博士研究生，wanggangecust@
基金项目：国家自然科学基金项目(22038003，21922803);上海市教委科研创新计划项目
(State Key Laboratory of Chemical Engineering, East China University of Science and Technology, Shanghai 200237, China)
Abstract: One-step catalytic epoxidation of propylene with H 2 and O2 to produce propylene oxide (PO) has
中间体。相比于丙醛，丙酮由于生成过程中氢原子重排的过渡态能垒较高而具有更低的异构化选择性。所揭
示的 TS-1 上 PO 吸附及异构化反应机制将为钛基丙烯环氧化催化剂的结构改性以增强 PO 脱附从而提高 PO 选
择性提供理论依据。
关键词： 环氧丙烷异构化；反应机理；钛硅分子筛；理论计算；丙烯环氧化
中图分类号： TQ 426.1
TS-1有机碱改性及其催化丙烯环氧化性能研究的开题报告
TS-1有机碱改性及其催化丙烯环氧化性能研究的开
题报告
一、研究背景
TS-1是一种以硅铝钠为基本成分的分子筛，具有高度选择性催化多种有机化学反应，尤其是丙烯环氧化反应。
但是，在实际应用中，TS-1存在一些问题，如反应活性不高、热稳定性差等。
为了解决这些问题，近年来出现了许多对TS-1进行改性的研究。
其中，有机碱改性是一种有效的方法。
通过引入有机碱分子，可以改善TS-1的催化性能，提高其反应活性和选择性。
因此，本研究拟对TS-1进行有机碱改性，并研究其在丙烯环氧化反应中的催化性能。
二、研究内容
本研究的主要内容为：
1. 合成不同种类的有机碱改性的TS-1样品。
2. 利用XRD、SEM、FTIR等技术对TS-1进行表征，分析有机碱对TS-1晶格结构和表面性质的影响。
3. 对改性后的TS-1进行催化丙烯环氧化反应的性能测试，评估不同种类有机碱的催化性能，比较与未改性的TS-1的差异。
4. 对优化的改性条件进行探讨，确定产物的结构，并对催化反应机理进行分析。
三、研究意义
通过有机碱改性，可以改善TS-1的催化性能，提高其反应活性和选择性，从而减少了反应过程的反应时间和反应条件，降低成本和环境风险。
同时，对TS-1进行有机碱改性的研究也可以为有机碱的应用提供一
种新思路和新途径。
该研究对提高环保型有机合成过程的效率和质量、推动有机催化反应领域的发展具有重要的科学和实际意义。
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到广泛的应用。
一.理论知识
一.理论知识
3.丙酮肟的合成 反应机理是典型的亲核加成反应，经过加成消除历 程。
二.实验部分
丙酮，氨水， 水，异丙醇， 丙酮丙酮 TS-1，H2O2 稳定剂
高压反应釜
H2O2稀 释液
冷却，滴定 法含量分析
控制滴加 H2O2速度， 2h
2.合成反应较优的物质用量为：催化剂的用量为丙酮
质量的40%，H2O2与丙酮摩尔比为1.1，NH3与丙
酮摩尔比为3.5，水与异丙酮体积比为1：1。
3.采用氮气对反应釜进行气体置换，反应过程中充入 氮气加压，产率提高到85%以上。
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TS-1催化丙酮氨氧化合成 丙酮肟工艺研究
龙杰 162312158
一.理论知识
1. 分子筛 分子筛是指具有均匀的微孔，其孔径与一般分子大 小相当的一类物质。分子筛为结晶态的硅酸盐或硅铝 酸盐，是由硅氧四面体或铝氧四面体通过氧桥键相连 而形成分子尺寸大小（通常为0.3~2 nm）的孔道和空 腔体系，因吸附分子大小和形状不同而具有筛分大小 不同的流体分子的能力。
一.理论知识
2.钛硅分子筛 属于杂原子分子筛，利用Ti部分地同晶置换分子筛
骨架中的Si或Al而构成的含杂原子分子筛的骨架。
引入了杂原子，可以调变与引入母体分子筛的酸性， 氧化还原性及其催化活性或其他功能。
Ti的变价性能。TS-1,作为钛硅分子筛代表,形成以 H2O2为氧化剂的钛硅分子筛/H2O2催化新体系,其反
升温， 升温 搅拌
二.实验部分
三.结果讨论
1.操作条件的影响 正交实验方差分析
三.结果讨论
2.原料用量的影响
三.结果讨论
3.空气的影响 重复验证实验
四.结论
1.以TS-1为催化剂进行酮氨氧化合成丙酮肟较佳的 操作条件为：反应温度65°C，搅拌转速320r/min，
质量分数30%H202水溶液滴加3.5~4.5h。