蒙脱土基负载催化剂催化性能的研究

摘 要：介绍了目前国内外负载催化剂的现状，分析并预测了其发展趋势。主要介绍了蒙脱土负载催化剂在催化氧化环已烯中的性能，根据吸氧量与其它金属配合物进行比较，表征其结构，研究其性能。

关键词：负载；催化氧化；蒙脱土；环已烯；分子氧；金属配合物

引言

在现代化工生产中，催化剂以越来越重要的角色出现在化学工业，而且绝大部分化学反应的实现都依赖于催化剂。市场对催化剂需求的潜力相当大。

其中，负载催化剂以独特的角色占据了一席之地。它在许多重要的反应中实现了“多相化”，有利于催化剂的恢复与再生。1990年召开了第一届关于负载催化剂的国际研讨会，第一个负载催化剂用于工业应用，极大的激起了广大化学工作者的兴趣。

1. 实验方案

蒙脱土即两层硅氧四面体层通过夹在其中间的铝氧八面体层连接而组成。其负载一些催化剂催化烯烃环氧化反应，通过在化学反应的吸氧量等来确定其催化性能。

实验主要研究制备了蒙脱土基负载催化剂，进行了载体的选择，合成具有活性配位的化合物，在化学反应中进行化学催化，并进行结构表征，初步研究了在烯烃环氧化中的催化特性。

2. 实验部分

2.1 本实验所需主要设备和药品

2.1.1.主要设备：

超声波清洗机，磁力搅拌器，干燥箱，冷凝管，圆底烧瓶，一套自备的催化装置。

2.1.2.实验药品：

Mont，Ni（NO3）2.6H2O， Co（NO3）.6H2O，Ni（CH2COO）2.4H2O， Phen， 8-羟基喹啉， 无水乙醇。

2.2 实验方法

2.2.1催化剂制备方法

（1）催化剂的合成

A.Mont钠化：

将一定量的Mont放于锥形瓶中，加入一定量水搅匀，放于超声波清洗机中超声波振荡除砂，离心，干燥后得精原土。将精原土中加入1mol/L的盐酸，在圆底烧瓶中微沸回流4-6h，形成酸化土，再将酸化土放入圆底烧瓶中加入一定量固体Nacl，加入蒸馏水，磁力加热搅拌，微沸回流4-6h，离心，干燥后形成钠土（NaCl-Mont）.

B.离子交换：

将钠土放于圆底烧瓶中，每100gMont按阳离子交换容量80mmol的量取 CoCl.-6H2O加入瓶中，再加入蒸馏水，常温搅拌24 h，离心，干燥后形成Co-Mont.

C.配位络合：

将0.4gCo-Mont.加入到10ml无水乙醇中搅匀，再加入到0.2g邻菲罗啉的30ml无水乙醇的混合溶剂中，室温下搅拌24 h，离心，洗涤，干燥，得蒙脱土负载邻菲罗啉金属配合物催化剂。

（2）研究催化特性

通入氧气，加入催化剂和底物，通过氧气消耗量来比较催化剂的特性。

2.2.2催化实验方法

以蒙脱土基负载金属配合物为催化剂，进行环己烯环氧化的试验

2.2.3实验原理及工艺流程

（1）实验原理

（2）工艺流程图：

2.3.实验结果与讨论

2.3.1不同催化剂催化氧化苯乙烯的作用

图1为Co-Phen催化分子氧氧化苯乙烯反应转化率趋势图，反应条件：3ml底物，5mg催化剂，温度80℃，反应无溶剂。由图看出，反应在初期转化率较低，说明反应需要一个活化过程，随着溶剂中被活化的氧量的增加，反应开始加快，转化率明显增加，由于反应过程中反应装置需要换气，该反应在242分钟和361分钟分别有两次换气，有可能对实验产生误差影响，因此可以在图上看到两个明显的拐点。

2.3.2不同催化剂催化氧化环己烯的作用

结果分析：图2为Co-Phen催化分子氧氧化环己烯反应吸氧趋势图。反应条件：1ml底物，20mg催化剂，温度50℃，反应无溶剂。由图可以看出反应初期约100分钟内吸氧量很低，为催化剂活化分子氧的过程，随着溶剂中被活化的氧量的增加，反应开始加快，吸氧量明显增加，反应进行6个小时左右吸氧开始放缓，反应进入尾声。

2.3.3反应温度对催化氧化环己烯的影响

环己烯催化氧化反应在60℃以下基本无转化率，在以上会沸腾，而在温度为60℃时转化率最高。但是图中随着反应温度的升高，环己烯的选择性下降。从收率考虑选用反应温度为60℃。

2.3.4反应时间对催化氧化环己烯的影响

随着反应时间的增长，环己烯的转化率也随之上升。而且反应时间大于8小时时，转化率增加很小。可见，随着反应时间的增多，反应加快。因而从缩短生产周期的角度考虑，最佳反应时间可选8h，而此时环己烯的选择性也达到最高。

2.3.5催化剂用量对催化氧化环己烯的影响

从文献[1]可得，金属配合物催化氧化环己烯当催化剂用量最佳为20mg最好。

2.3.6催化氧化环己烯的最佳反应条件确立

在整个实验过程，主要涉及到三个重要的控制方面，包括：温度控制、时间控制、催化剂三个方面。其中最重要的是温度控制。时间控制则指混合液的反应时间需控制在8小时，滴加时间太短，宜引起反应不完全；滴加时间太长，也对反应不利。最后，催化剂的选择不同，造成反应的效果不同。

所以，最佳反应条件为：从转化率方面考虑，选用环己烯1ml，催化剂20mg，在温度为55-62℃，反应时间为8h； 选用苯乙烯1ml，催化剂20mg，在温度为84-92℃，反应时间为8h.

3.结语

利用离子交换再引入配体配位络合的方法，制备了蒙脱土负载金属配合物复合催化剂，实验表明配体进入蒙脱土的层间与配位，形成蒙脱土负载的配合物复合催化剂材料，其对烯烃具有较好的催化氧化活性与选择性。

参考文献

[1] 朱洪法，催化剂载体制备及应用技术[M]，北京；石油工业出版社，1993： 134―135.

[2] 游劲松，蓝仲薇，余孝其等，负载化金属卟啉研究进展[J]，石油化工，1993： 74―75.