Алкилирование м-ксилола трет-бутанолом на цеолитах типа У, модифицированных катионами переходных металлов | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Несмотря на коронавирус, электронный вариант журнала выйдет 13 июня.

Опубликовать статью в журнале

Библиографическое описание:

Велиева, Г. Х. Алкилирование м-ксилола трет-бутанолом на цеолитах типа У, модифицированных катионами переходных металлов / Г. Х. Велиева, Э. И. Ахмедов, С. Э. Мамедов. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2017. — № 38 (172). — С. 1-3. — URL: https://moluch.ru/archive/172/45706/ (дата обращения: 30.05.2020).



Изучено алкилирование м-ксилола трет-бутанолом на цеолитах типа У модифицированных катионами переходных металлов. Установлено, что активность и стабильность цеолита типа Y существенно зависят от природы катионов переходных металлов.

Наибольшую активность и стабильность проявляет цеолит У, модифицированный катионами Fe3+.На катализаторе 0.74 FeNaY максимум активности достигается за 3ч работы и остается постоянной до 4ч его работы. В интервале 3–4 ч работы на 0.74 FeNaY выход 5-ТБМК составляет 61.5–62.6 %.

Ключевые слова: алкилирование, м-ксилол, трет-бутанол, цеолит типа У, 5-третбутилметаксилол (5-ТБМК)

Effect of nature of transitional metal cations to catalytic features of Y-type zeolite in a reaction of m-xylene and tret-butanol alkylation was studied.Dependency of Y-type zeolite's activity and stability from nature of transitional metal cations were determined. Y zeolite modified by Fe3+ cations shows the highest activity and stability. It reaches its the highest activity and stability during 3 hours in 0.74 FeNaY catalysts and during the fourth hour its activity remains unchanged. The yield of 5-TBMX is 61.5–62.6 % during 3–4 hours of work time of 0.74 Fe3+ catalysis.

Keywords: alkylation, m-xylene, tret-butanol, Y-type zeolite

Введение

5-Третбутилметаксилол (5-ТБМК) предложен в качестве исходного вещества для получения высококачественных фталоцианиновых пигментов пластификаторов, фотоматериалов и других ценных продуктов [1–3]. Разработка технологичного, высокопроизводительного, экологически чистого метода синтеза 5-ТБМК представляет несомненный практический интерес. Одним из перспективных направлений синтеза 5-ТБМК является алкилирование м-ксилола трет-бутанолом на цеолитах [4–6]. В работах [5–7, 9] исследованы способы регулирования активности, селективности и стабильности цеолитных катализаторов в реакции алкилирования м-, и о-ксилолов трет-бутанолом. Установлено, что каталитические свойства цеолитных систем зависят не только от присутствия протонных центров, но и от их доступности для реагирующих молекул, поскольку расположены они главным образом внутри полостей кристаллов, к которым ведут окна молекулярных размеров. Низкую активность среднепористых Н-пентасилов и Н-морденита в алкилировании м-ксилола трет-бутанолом по мнению авторов [8] связано торможением, десорбцией и диффузией, таких объемных молекул как 5-ТБМК в полостях и каналах этих цеолитов.

Целью настоящей работы являлось изучение влияния природы катионов переходных металлов на каталитические свойства цеолита типа Y в реакции алкилирования м-ксилола трет-бутанолом.

Экспериментальная часть

Катализаторы готовили из порошкообразного цеолита NaY с мольным соотношением SiO2/Al2O3 равным 5,0 методом ионного обмена из растворов NH4+, Ca2+, Со2+, Cr3+ и Fe3+. Степени обмена Na+ и Men+ указаны числами перед соответствующими катионами в символе цеолитов.

Перед использованием цеолита прогревали в токе воздуха при 5000С в течение 4ч. Активность образцов изменялась во времени в ходе каталитического процесса. Опыты проводили на лабораторной проточной установке с кварцевым реактором с загрузкой 5см3 катализатора при атмосферном давлении в интервале температур 130–2000С мольном отношении С6Н4(СН3)2: С4Н9ОН равном 4:1 и объемной скорости 2,0 ч-1.

Продукты реакции анализировали хромотографическим методом [9]

Результаты иих обсуждение

Каталитические свойства цеолита Y существенно зависят от природы обменного катиона в цеолите. NaY практически не проявляет активность в реакции алкилирования; при 1500 С на нем наблюдается 62 %-ная конверсия спирта, практически полностью в направлении дегидратации. Замещение Na+ на катионы Са2+и переходных металлов резко увеличивает активность катализатора. Так, на 0,74FeNaY при 1500С выход 5-ТБМК достигает 58,5 %.

Таблица 1

Влияние степени ионного обмена иприроды катионов вцеолите Yна его каталитические свойства валкилировании м-ксилола трет-бутанолом v=2ч-1, С6Н4 (СН3С4Н9ОН=4:1(мольное)

Цеолит

Конверсия спирта,%

Выход 5-ТБМК от теорет.,%

Селективность,%

NaY

150

62

3.1

5.0

0.62 CaNaY

130

150

79

88

23.6

32.5

29.8

36.9

0.86CaNaY

130

150

86

93

29.4

37.8

34.1

40.6

0.93CaNaY

130

150

92

99

31.1

42.1

33.8

42.6

0.74FeNaY

130

150

98

100

50.2

58.5

51.2

58.5

0.71CrNaY

130

150

97

100

45.1

54.2

46.5

54.2

0.71CoNaY

130

150

97

100

47.4

56.6

48.6

56.6

Са-форма цеолитов проявляет более низкую активность, чем цеолиты содержащие катионы переходных металлов. Так, если на цеолите 0,86 CaNaY при 1500С выход 5-ТБМК составляет 37,8 %, то на Со-, Cr- и Fe- формах цеолита выход 5-ТБМК составляет 54,2–58,5 %. Среди исследуемых катионных форм наибольшую активность и селективность проявляет Fe-форма цеолита типа Y(Табл.1).

Природа катиона также сильно влияет на стабильность цеолитного катализатора. Чем больше заряд катиона, тем меньше скорость падения алкилирующей активности катализатора после достижения максимума за 2–4 ч работы образцов. (Табл.2)

Таблица 2

Изменение каталитических свойств катионных форм цеолитов типа Yво времени впроцессе алкилирования м-ксилола трет-бутанолом Т=1400С, v=2ч-1, С6Н4:СН3С4Н9ОН=4:1(мольное)

Катализатор

Показатели

Время, час

1

2

3

4

5

6

0.86 CaNaY

Конверсия, %

93

93

82

65

59

52

Выход, %

24.1

30.2

12.3

4.0

2.1

1.0

Селективность, %

25.9

32.5

19.0

6.1

3.6

1.9

0.74 FeNaY

Конверсия, %

100

100

100

100

99

98

Выход, %

48.1

58.5

62.6

61.5

57.6

52.4

Селективность, %

48.1

58.5

62.6

61.5

58.2

54,4

0.71 CrNaY

Конверсия, %

100

100

100

100

99

97

Выход, %

44.3

56.2

60.3

60.1

54.8

48.8

Селективность, %

44.3

56.2

60.3

60.1

55.3

50.3

Для цеолита 0,86 CaNaY максимальный 5-ТБМК К выход (30,2 %) достигается после достижения 2 ч. работы, после чего наблюдается резкое снижение его активности. После достижения 6 ч. работы выход 5-ТБМК составляет всего 1 %. В отличие от цеолита 0,86 CaNaY на цеолите 0,74 FeNaY и 0,71 CrNaY до достижения 3 ч. работы наблюдается рост активности и селективности. Выход 5-ТБМК возрастает с 44,3–48,1 % до 60,3–62,6 %. Заметное снижение выхода 5-ТБМК наблюдается после 5- часовой работы этих образцов. Так, при увеличении продолжительности работы до 6 ч. выход 5-ТБМК снижается до 48,8–52,4 %.

Рост активности в начальный период процесса обусловлен, по-видимому, кинетическими особенностями протекания реакций алкилирования на цеолитных катализаторах [2,3]. Вода, выделяющаяся в процессе алкилирования, может оказывать большое влияние не только на активность, но и на стабильность цеолитного катализатора. При большей плотности катионов металлов вода удерживается в цеолите прочнее, изменяя адсорбционно-десорбционное равновесие в системах реагент-цеолит-продукт. По-видимому, этим можно объяснить более высокую стабильность FeNaY и CrNaY по сравнению с CaNaY при прочих равных условиях (табл.2).

Литература:

  1. Rakusan J, Marakovskaya G. M., Zelenka J., Kozlova T.S, //Aut Cert 256147 (Czechoslavakia). Chem. Abstrs. -1989.
  2. Исаков Я. И., Миначев Х. М., Позднякович Ю. В. Способ получения 1,2-диметил-4-трет-бутилбензола: А.с. 1778107СССР //РЖХим. -1993. -14Н57П
  3. Исаков Я. И., Миначев Х. М., Калинин В. П., Исакова Я. И. Алкилирование о-ксилола трет-бутанолом на цеолитных и цеолитсодержащих катализаторах //Нефтехимия, -1994,-т.34.,- № 1, -с.42–49.
  4. Yadav G. D., Kambee S. B. Fridel-Krafts green alkylation of xylenes with tert-butanol over meseporonssuperalid UDCAT-5//Chem.Eng.Res. and Design,-2012,-v 90 -p.1322–1334.
  5. İsakov Y. İ., Minachev Kh. M, Kalinin V.P, İsakova T. A. Selective alkylation of xylenes by alcoholos on zeolite catalysts // Russian Chemical Bulletin. -1996 -V.45, -N2, -p. 2763–2768.
  6. Исаков Я. И.,Миначев Х. М., Калинин В. Л., Исакова Т. А.,Селективный катализ алкилирования ксилолов спиртами на цеолитах. //ДАН, -1994, -т.335, -№ 3, -с. 322–325.
  7. G. X. Valiyeva, S. E. Mammadov, E. I. Ahmadov Tert-butylation of o-Xylene over dealuminated mordenite // JECET; December- 2015, -February 2016; -Sec. A; -Vol.5 No.1; 149–154
  8. Г. Х. Велиева, Э. И. Ахмедов, С. Э. Мамедов,Т. О. Гахраманов Закономерности алкилирования о-ксилола трет-бутанолом на модифицированных цеолитах типа У. // Kimya problemləri -2016, -№ 3,- səh. 303–308
  9. Г. Х. Велиева, Э. И. Ахмедов, С. Э. Мамедов Влияние природы катионов переходных элементов на каталитические свойства цеолита типа CaY в реакции алкилирования о-ксилола третбутанолом // Ж, «Молодой Ученый» журнал -2017, -№ 15 (149) с,138–142.
Основные термины (генерируются автоматически): м-ксилол трет-бутанолом, выход, цеолит, работа, катализатор, активность, реакция алкилирования, ионный обмен, активность катализатора, конверсия спирта.


Похожие статьи

Влияние природы катионов переходных элементов на...

о-ксилол трет-бутанолом, цеолит, реакция алкилирования, выход, катион, катализатор, ионный обмен, активность катализатора, активность, состав катализатора.

Акилирование о-ксилола трет-бутанолом на цеолите типа...

Изучено алкилирование о-ксилола трет-бутанолом на цеолитах типа У модифицированных переходными элементами.

Основные термины (генерируются автоматически): цеолит, о-ксилол трет-бутанолом, конверсия спирта, катион, ионный обмен, выход, активность...

Кинетика алкилирования этилбензола метанолом на...

Видно, что при продолжительности работы 2–10 ч катализаторы не теряют первоначальную активность.

Рис 1. Влияние продолжительности работы моно(а) и биметаллических (b)катализаторов в реакции алкилирования ЭБ метанолом (: T=3500C, v=2.0 ч-1, ЭБ:метанол...

Эффект влияния концентрации оксида магния на...

Пара-ориентирующее влияние модификаторов на активность цеолитов в реакциях алкилирования алкилароматических углеводородов метанолом и этанолом показаны в работах [9,10].

Эффект модифицирования цеолита типа пентасила бором...

и кремния оказывает пара- ориентирующее влияние на его активность в реакциях алкилирования и диспропорционирования алкилароматических углеводородов. [6, 9–11]. В связи с этим в настоящей работе изучено влияние модифицирования цеолита типа...

Эффект модифицирования Н-пентасила фосфором в реакции...

Кинетика алкилирования этилбензола метанолом на биметаллическом катализаторе на основе цеолита типа ЦВМ. Влияние природы катионов переходных элементов на каталитические свойства цеолита типа CaY в реакции алкилирования о-ксилола третбутанолом.

Влияние содержание бора и фосфора на физико-химические...

В результате в цеолите уменьшается протонная кислотность и их активность в реакции алкилирования, а также изменяются диффузионные характеристики цеолитов, что и обусловливают повышение селективности катализатора по п-диэтилбензолу.

Превращение природного газа и метанола на цеолитах типа...

Алкилирование м-ксилола трет-бутанолом на цеолитах типа У, модифицированных катионами переходных металлов.

Похожие статьи. Эффект модифицирования Н-пентасила фосфором в реакции алкилирования бензола этанолом.

Похожие статьи

Влияние природы катионов переходных элементов на...

о-ксилол трет-бутанолом, цеолит, реакция алкилирования, выход, катион, катализатор, ионный обмен, активность катализатора, активность, состав катализатора.

Акилирование о-ксилола трет-бутанолом на цеолите типа...

Изучено алкилирование о-ксилола трет-бутанолом на цеолитах типа У модифицированных переходными элементами.

Основные термины (генерируются автоматически): цеолит, о-ксилол трет-бутанолом, конверсия спирта, катион, ионный обмен, выход, активность...

Кинетика алкилирования этилбензола метанолом на...

Видно, что при продолжительности работы 2–10 ч катализаторы не теряют первоначальную активность.

Рис 1. Влияние продолжительности работы моно(а) и биметаллических (b)катализаторов в реакции алкилирования ЭБ метанолом (: T=3500C, v=2.0 ч-1, ЭБ:метанол...

Эффект влияния концентрации оксида магния на...

Пара-ориентирующее влияние модификаторов на активность цеолитов в реакциях алкилирования алкилароматических углеводородов метанолом и этанолом показаны в работах [9,10].

Эффект модифицирования цеолита типа пентасила бором...

и кремния оказывает пара- ориентирующее влияние на его активность в реакциях алкилирования и диспропорционирования алкилароматических углеводородов. [6, 9–11]. В связи с этим в настоящей работе изучено влияние модифицирования цеолита типа...

Эффект модифицирования Н-пентасила фосфором в реакции...

Кинетика алкилирования этилбензола метанолом на биметаллическом катализаторе на основе цеолита типа ЦВМ. Влияние природы катионов переходных элементов на каталитические свойства цеолита типа CaY в реакции алкилирования о-ксилола третбутанолом.

Влияние содержание бора и фосфора на физико-химические...

В результате в цеолите уменьшается протонная кислотность и их активность в реакции алкилирования, а также изменяются диффузионные характеристики цеолитов, что и обусловливают повышение селективности катализатора по п-диэтилбензолу.

Превращение природного газа и метанола на цеолитах типа...

Алкилирование м-ксилола трет-бутанолом на цеолитах типа У, модифицированных катионами переходных металлов.

Похожие статьи. Эффект модифицирования Н-пентасила фосфором в реакции алкилирования бензола этанолом.

Задать вопрос