CN1680032A

CN1680032A - 一种用于合成戊二醛的含钨介孔分子筛催化剂及其制造方法

Info

Publication number: CN1680032A
Application number: CN 200510023798
Authority: CN
Inventors: 戴维林; 杨新丽; 陈慧; 曹勇; 范康年
Original assignee: Fudan University
Current assignee: Fudan University
Priority date: 2005-02-03
Filing date: 2005-02-03
Publication date: 2005-10-12

Abstract

本发明属于化工技术领域，提供一种用于以过氧化氢水溶液为氧化剂选择氧化环戊烯制备戊二醛的新型多相含钨催化剂及其制造方法。该新型含钨催化剂是通过在合成HMS型全硅介孔分子筛的过程中加入钨酸前驱体的合成方法将具有催化氧化活性的氧化钨组分原位引入到HMS介孔分子筛的骨架内而制得的。该催化剂的特点是活性组分高度分散和氧化钨的超高负载量。该原位合成方法得到的多相催化剂应用于环戊烯的催化选择氧化反应中，极大的提高了戊二醛的选择性和得率，其数值远高于已报道的均相催化水平或其他多相固载化钨酸催化剂水平，具有重要的工业应用价值。

Description

一种用于合成戊二醛的含钨介孔分子筛催化剂及其制造方法

技术领域

本发明属于化工技术领域，具体涉及一种用于环戊烯多相催化氧化合成戊二醛的含钨介孔分子筛催化剂及其制造方法。

背景技术

戊二醛是非常重要的化工产品，被广泛地使用作消毒杀菌剂、皮革鞣剂、光学和电子显微镜组织切片用的固定剂、蛋白质和聚羟基物的交联剂及微胶束固化剂等。据估计，目前国内纯戊二醛总需求量将达到20000吨/年。国内目前所用的戊二醛绝大部分是靠进口，只有武汉有机化工厂等少数单位用丙烯醛方法生产，总生产能力不足500吨/年。现在工业上均采用丙烯醛两步法合成戊二醛(特开昭59-108734)，由于该方法存在着原料来源昂贵，操作条件苛刻，设备投资大以及污染严重等缺点，因此科学家们一直致力于开发新型的戊二醛合成路线。由环戊烯氧化开环制取戊二醛被认为是一条很有前途的路线，因为其主要原料环戊烯来自于石油炼制的副产物，来源丰富，价格低廉。自上世纪80年代以来，已有的专利报道包括环乙酰丙酮钼(或羰基钼)—甲基亚磷酸二甲酯体系(特开昭62-29546)、乙酰丙酮铜/B₂O₃-磷酸三丁酯体系(特开昭62-19548)、三氧化钨/B₂O₃-乙酸丁酯体系(Chem.Lett.，1988，877)、磷钼酸/亚砷酸—磷酸三丁酯体系(特开昭57-07434)、磷钼钨混合杂多酸—磷酯三丁酯体系(Chem.Lett.，1982，1951)。这些催化剂都对水很敏感，需在无水体系中操作，并且戊二醛的收率都不高(低于50％)。而且由于涉及无水过氧化氢，操作极其危险，基本没有工业价值。蒋安仁等报道的均相钨酸催化剂得到了环戊烯转化率100％和戊二醛得率＞70％的结果(ZL 89 1 09401.6)，但由于催化剂与产品分离比较困难，目前工业化尚存在一定的困难。Hexagonal Mesoporous Silica(简称HMS，Catal.Lett.，1995，(30)，241-252)是一种六方长程有序排列的中孔分子筛，具有很高的表面积和孔隙率，其孔大小均匀、孔径分布较窄，而且正交垂直部分的孔径大于1.2nm。该材料同时具有高的吸附容量，高的热稳定性，较短的孔道长度，特别有利于反应物和产物的扩散等优点，因此很适合于用作催化剂载体。

发明内容

本发明的目的在于提出一种催化活性高，对戊二醛选择性好，又便于生产控制的用于环戊烯多相催化氧化合成戊二醛的含钨介孔分子筛催化剂及其制造方法。

本发明提出的用于环戊烯多相催化氧化合成戊二醛的含钨介孔分子筛催化剂，是在介孔分子筛HMS的合成过程中原位引入WO₃活性组分而制备获得，记为W-HMS，其中SiO₂与WO₃的摩尔比值为5.8～73.4。

上述含钨介孔分子筛催化剂采用原位合成方法制备。其具体步骤为：将模板剂十二胺溶于含乙醇的盐酸水溶液中，搅拌；然后加入正硅酸乙酯，继续搅拌，使得正硅酸乙酯部分水解，时间1-12小时；滴入含钨源的水溶液，搅拌下成胶，时间20～40小时，成胶温度为10-100℃；晶化，晶化温度为10-100℃，晶化时间24-108小时；取出，过滤，洗涤，烘干，焙烧去除模板剂，造粒，即得催化剂成品。

上述制备方法中，模版剂用量为正硅酸乙酯重量的1～50％，最好为2～30％；上述水解剂盐酸的用量为正硅酸乙酯重量的0.1～50％，最好为1～10％；加入盐酸中的水的用量为正硅酸乙酯重量的1～20倍，最好为2～10倍。

上述制备方法中，钨源可为钨酸、钨磷酸、钨硅酸、钨酸钠、钨酸铵之一种，较好的钨源为钨酸钠。根据用量，将其配制成稀水溶液使用。钨源水溶液的加入时间一般为正硅酸乙酯水解开始后1～12小时，比较好的时间为3～6小时。体系的成胶温度为10～100℃，较好的成胶温度为20～80℃。成胶过程需要搅拌(电磁搅拌或机械搅拌)；晶化温度一般为10～100℃，较好的晶化温度为20～80℃，晶化时间一般为24～108小时，较好的时间为50～90小时。对固体物的烘干温度一般为80～120℃，较好的烘干温度为90～100℃。烘干后，需进一步去除残留的水分和模板剂。去除方法采用程序升温焙烧。焙烧的气氛一般为空气、氧气、氮气或氩气，最好为空气或氧气。焙烧温度一般为200～1300℃，比较好的温度范围为400～1000℃。焙烧后的催化剂可按需要磨成各种大小的粒子并经活化后备用，比较好的粒度范围为20～60目，活化温度的较好范围为300～800℃。

典型的W-HMS催化剂的电子显微镜照片见图1和图2。

对本发明提出的催化剂的活性可用如下方法测试：

本发明中的环戊烯催化氧化反应是在密封的圆底烧瓶中进行，采用电磁搅拌。反应条件为，30～45℃油浴，在140mL叔丁醇溶剂中加入含0.5～0.8mol H₂O₂的50％或30％过氧化氢水溶液，然后加入2.3g催化剂和0.2～0.4mol环戊烯，搅拌反应12～60h。反应后的环戊烯转化率和戊二醛选择性采用气相色谱分析测定，用色谱—质谱联用仪鉴定各组分。

本发明由于采用原位合成方法将钨引入到HMS分子筛骨架，大大提高了分子筛对钨酸的分散能力，改善了钨源与分子筛骨架的作用，该催化剂在环戊烯多相催化氧化合成戊二醛的反应中显示出优良的催化性能，其对戊二醛的选择性远高于已经透露的所有催化剂。而且，所用模板剂为廉价的十二胺，便于大规模工业生产。该新型含钨的HMS介孔分子筛催化剂展现了良好的环戊烯催化氧化制备戊二醛的应用前景。

本发明提供的催化剂具有如下优点：

1、该催化剂在引入钨源的同时很好的保持了介孔分子筛HMS特有的蠕虫状形貌和介孔特性。

2、该催化剂钨物种分散均匀且分散量大。

3、催化剂活性高，对环戊烯的转化率达98％以上，对戊二醛的选择性达77％以上，戊二醛得率达到76％，表现出优良的催化性能。

4、该催化剂对反应参数不敏感，操作区间较宽，弹性大，便于生产控制。

5、该催化剂上的钨与载体结合牢固，经过数十次实验循环后，也未发现其从载体表面脱落。

6、该催化剂制备简单，强度大，耐磨损，并可重复利用，再生后催化性能好。

附图说明

图1为W-HMS催化剂的扫描电镜照片。

图2为W-HMS催化剂的透射电镜照片。

具体实施方式

下面通过实施例进一步描述本发明。

实施例1：40℃油浴，电磁搅拌，将2mL的浓盐酸加入含5.0g模版剂十二胺的53mL去离子水和34mL无水乙醇的混合物中，搅拌4小时。加入25.6g正硅酸乙酯，搅拌1小时，加入含0.495g钨酸钠的10mL水溶液，继续搅拌24小时。将得到的胶体在25℃下继续搅拌30小时后取出；过滤，水洗，100℃烘24小时。在700℃氧气氛围中焙烧6小时以上，造粒，过筛40～60目，800℃活化3小时后得到1#催化剂。典型的W-HMS催化剂的电子显微镜照片见附图1和附图2。

实施例2：35℃油浴，机械搅拌，将12mL的浓盐酸加入含0.26g模版剂的512mL去离子水和340mL无水乙醇的混合物中，搅拌6小时。加入25.6g正硅酸乙酯，搅拌2小时，加入含1.05g钨酸的10mL水溶液，继续搅拌20小时。在10℃下晶化108小时后取出；焙烧温度为200℃，余同实施例1，得到2#催化剂。

实施例3：50℃油浴，电磁搅拌，将0.023mL的浓盐酸加入含12.8g模版剂的208mL去离子水和170mL无水乙醇的混合物中，搅拌3小时。加入25.6g正硅酸乙酯，搅拌1.5小时，加入含2.15g硅钨酸的10mL水溶液，继续搅拌48小时。在50℃下晶化54小时后取出；焙烧温度为1300℃；余同实施例1，得到3#催化剂。

实施例4：30℃油浴，机械搅拌，将5mL的浓盐酸加入含3.0g模版剂的416mL去离子水和340mL无水乙醇的混合物中，搅拌5小时。加入25.6g正硅酸乙酯，搅拌3小时，加入含3.25g磷钨酸的10mL水溶液，继续搅拌60小时。在100℃下晶化54小时后取出；焙烧温度为400℃；余同实施例1，得到4#催化剂。

实施例5：60℃油浴，电磁搅拌，将1mL的浓盐酸加入含0.8g模版剂的100mL去离子水和80mL无水乙醇的混合物中，搅拌3小时。加入25.6g正硅酸乙酯，搅拌20小时，加入含4.35g钨酸铵的10mL水溶液，继续搅拌108小时。在80℃下晶化54小时后取出；焙烧温度为600℃；余同实施例1，得到5#催化剂。

对比实施例：40℃油浴，电磁搅拌，将10mL的浓盐酸加入含5g模版剂的53mL去离子水和34mL无水乙醇的混合物中，搅拌4小时。加入25.6g正硅酸乙酯，搅拌24小时。在30℃下继续搅拌30小时取出；余同实施例1，得到纯HMS介孔分子筛。取1g HMS分子筛，加入含有0.245g的钨酸铵的15mL水溶液，90℃蒸干水分，烘干，500℃处理3小时，得到普通负载型WO₃/HMS，记为6#催化剂。

将实施例1～实施例5和对比实施例的6个催化剂进行活性测试，所采用的条件及最佳得率列于附表1.

附表1.含钨酸介孔分子筛催化剂最佳反应条件及活性结果

催化剂	环戊烯转化率(wt％)	戊二醛选择性(wt％)	戊二醛得率(wt％)
催化剂	环戊烯转化率(wt％)	戊二醛选择性(wt％)	戊二醛得率(wt％)	1#	92	81.6	75.1
2#	84	82.0	68.9	1#	92	81.6	75.1
2#	84	82.0	68.9	3#	100	76.2	76.2
4#	76	74.9	56.9	3#	100	76.2	76.2
4#	76	74.9	56.9	5#	95	75.8	72.0
6#	85	73.5	62.5	5#	95	75.8	72.0

Claims

1、一种用于环戊烯多相催化氧化合成戊二醛的含钨介孔分子筛催化剂，其特征在于在合成HMS介孔分子筛的过程中原位引入WO₃活性组分后制备获得，其中SiO₂与WO₃的摩尔比值为5.8～73.4。

2、一种如权利要求1所述的催化剂的制备方法，其特征在于具体步骤为：将模板剂十二胺溶于含乙醇的盐酸水溶液中，搅拌；然后加入正硅酸乙酯，继续搅拌，使得正硅酸乙酯部分水解，时间1-12小时；滴入含钨源的水溶液，搅拌下成胶，时间20～40小时，成胶温度为10-100℃；晶化，晶化温度为10-100℃，晶化时间24-108小时；取出，过滤，洗涤，烘干，焙烧去除模板剂，造粒，即得催化剂成品。

3、根据权利要求2所述的催化剂的制备方法，其特征在于所采用的十二胺模版剂用量为正硅酸乙酯重量的1～50％。

4、根据权利要求2所述的催化剂的制备方法，其特征在于所采用的水解剂盐酸的用量为正硅酸乙酯重量的0.1～50％。

5、根据权利要求2所述的催化剂的制备方法，其特征在于合成过程中稀释盐酸的水的用量为正硅酸乙酯重量的1～20倍。

6、根据权利要求2所述的催化剂的制备方法，其特征在于钨源采用钨酸、钨磷酸、钨硅酸、钨酸钠、钨酸铵之一种。

7、根据权利要求2所述的催化剂的制备方法，其特征在于钨源水溶液的加入时间为正硅酸乙酯水解开始后1～12小时。

8、根据权利要求2所述的催化剂的制备方法，其特征在于催化剂的晶化温度为20～80℃，晶化时间50-90小时。

9、根据权利要求2所述的催化剂的制备方法，其特征在于去除模板剂的焙烧温度为200～1300℃。