H-ZSM-5分子筛上苯与乙醇和乙烯烷基化反应的理论研究

采用ONIOM2(B3LYP/6-31G(d):UFF)计算方法研究了H-ZSM-5分子筛上苯与乙醇和乙烯烷基化反应历程.选取40T簇模型模拟了H-ZSM-5分子筛位于孔道交叉点的酸性位.从生成能和反应活化能角度分析并比较了苯与乙醇和乙烯烷基化反应机理.结果表明,苯与乙醇的烷基化按照分步机理进行,速控步骤的活化能为170.34kJ/mol.而乙烯作为烷基化剂与苯反应时同时存在联合机理和分步机理,且二者之间存在一定程度的竞争,其中联合机理的活化能为167.24kJ/mol,分步机理速控步骤的活化能为155.20kJ/mol.比较苯与乙醇和乙烯发生烷基化反应的机理可以看出,二者作为烷基化试剂对烷基化反应性能影响不大.

H-ZSM-5分子筛催化二甲苯异构化的反应机理

采用密度泛函理论(DFT)和ONIOM方法,研究了H-ZSM-5分子筛上二甲苯异构化机理.描述了中间体物种和过渡态的结构.反应物吸附和产物脱附对二甲苯异构化的反应趋势有重要影响.反应活化能的计算结果表明,在H-ZSM-5分子筛延伸的孔道结构中,异构化反应沿着生成间二甲苯的方向进行.但是较高的脱附能使生成的间二甲苯滞留在分子筛孔道中,其进一步异构化生成对二甲苯具有动力学优势.对二甲苯产物在分子筛孔道的酸中心上可选择性生成.在H-ZSM-5分子筛外表面,不受延伸孔道结构的静电限制时,二甲苯异构化生成间二甲苯产物,其可以很容易从活性位上脱附.非选择性异构化降低了对二甲苯的选择性.因此,对H-ZSM-5分子筛外表面改性能够抑制二甲苯的非选择性异构化,因此限制了反应在分子筛孔道中进行,提高了对二甲苯的选择性.二甲苯异构化相对反应速率常数的计算结果也表明,在分子筛外表面上,生成间二甲苯的异构化反应速率较快.升高反应温度会降低对二甲苯的选择性.

苯和甲醇在H-ZSM-5催化剂上甲基化的反应机理

采用"our own-N-layered integrated molecular orbital+molecular mechanics"(ONIOM)和密度泛函理论(DFT)结合的方法,在5T、12T、104T_9和104T_(12)H-ZSM-5模型中研究了苯和甲醇甲基化的分步和协同机理。描述了中间体物种和过渡态的结构。考察了H-ZSM-5催化剂Br?nsted(B)酸强度对苯和甲醇甲基化反应机理的影响。反应活化能结果表明,在B酸强度更强的H-ZSM-5催化剂上,苯和甲醇甲基化反应更容易发生,反应活化能更低。随着B酸强度增强,分步机理的反应活化能比协同机理的反应活化能降低的更多。B酸强度增强对分步机理更有利。当分步机理成为主导反应路径时,分步机理中甲醇脱水步骤生成的甲氧基中间体进一步生成大体积烃类的副反应会导致H-ZSM-5催化剂因积炭而失活。合理调变H-ZSM-5催化剂的酸强度对提高催化剂的催化活性和稳定性有重要意义。

H-ZSM-5催化甲苯与碳酸二甲酯和甲醇甲基化的反应机理(英文)

对二甲苯是重要的石油化工产品之一,可以通过甲苯甲基化生产.本文采用"ourown-N-layered integrated molecular orbital+molecular mechanics"(ONIOM)和密度泛函理论(DFT)结合的方法,计算了H-ZSM-5催化甲苯与碳酸二甲酯(DMC)和甲醇甲基化反应机理.考察了反应物吸附和产物脱附.描述了主要的中间物种和过渡态的结构.用计算的速率常数来估计甲苯甲基化反应的动力学活性.H-ZSM-5催化的甲苯与DMC和甲醇甲基化的机理不同.甲苯和DMC甲基化包括DMC完全解离,接着甲基化生成二甲苯异构体.相比而言,在甲苯甲基化反应中,甲醇作为甲基化试剂的活性比DMC更好.甲苯和甲醇甲基化的分步反应路径和联合反应路径的本征活化能相似.在773K,分步反应路径的速率常数比联合反应路径更高.在甲苯和这两种试剂甲基化的反应中,生成对二甲苯为动力学优先,而间二甲苯为能量最低产物.我们的计算结果和实验观察到的现象一致.

H-ZSM-5分子筛催化4-MBP与甲醇甲基化的反应机理(英文)

4,4'-二甲基联苯(4,4'-DMBP)是生产高性能聚合物材料的重要前驱体,可以通过4-甲基联苯(4-MBP)甲基化制得.本文采用"our own-N-layered integrated molecular orbital+molecular mechanics"(ONIOM)和密度泛函理论(DFT)方法研究H-ZSM-5分子筛孔内4-MBP和甲醇择形甲基化的反应机理,考虑了分步和协同反应机理.分步机理的活化能低于协同机理.在两种反应机理中,4,4'-DMBP为动力学优先生成产物.过渡态择形的特征也使甲基化更容易生成4,4'-DMBP.在分子筛孔内,4-MBP异构化生成3-甲基联苯(3-MBP)的反应被抑制.在分子筛外表面,4-MBP异构化生成3-MBP比甲基化反应更有动力学优势,导致4,4'-DMBP选择性降低.对外表面进行改性将会抑制4-MBP异构化反应,并使反应在分子筛孔内进行,因此可以提高4,4'-DMBP的选择性.H-ZSM-5催化择形和非择形反应的计算结果与实验现象一致.

水对改性HZSM-5催化联苯甲基化反应的影响

以纳米HZSM-5(n(SiO2)/n(Al2O3)=26)分子筛为母体,采用水热处理、水热处理结合酸洗等方法对其进行改性,并以联苯(BP)与甲醇的烷基化为探针反应,在固定床反应器上考察了反应体系中生成的水及通入的水对改性HZSM-5催化性能的影响,并通过吡啶吸附傅里叶变换红外(FTIR)光谱、热重(TG)分析对改性前后样品的酸性及反应后样品积炭量进行了表征.结果表明,水热处理及水热处理结合酸洗都提高了催化剂的稳定性,酸洗后效果更好.在改性的HZSM-5催化联苯甲基化反应体系中,不通水的条件下,联苯的转化率随时间呈抛物线变化;通水后,联苯转化率30h内稳定在8.6%左右,4-甲基联苯(4-MBP)的选择性增加至约60%;通水条件下升高反应温度至500°C,联苯的转化率在反应30h后达最高点,选择性稳定在58%左右.水的存在不仅改善了催化剂的活性及稳定性,还能提高对位选择性.

高硅ZSM-5分子筛上择形催化合成4,4’-二甲基联苯

以高硅(n(Si O2)/n(Al2O3)=373)HZSM-5分子筛为母体,采用浸渍法制备了一系列NH4F/Pt复合改性催化剂(w2)Pt-(w1)F-ZSM-5,以4-甲基联苯(4-MBP)与甲醇的烷基化为探针反应,考察了NH4F用量、Pt用量、NH4F改性后盐酸洗涤以及向反应体系添加水蒸气对反应的影响。结果表明,经复合改性后,0.75Pt-HCl-5F-ZSM-5催化剂用于4-MBP甲基化反应,其稳定性及二甲基联苯(DMBPs)的产率得到明显提高,反应2 h DMBPs产率为9.6%,反应20 h后,4-MBP转化率为9.1%,4,4’-DMBP选择性可达76.1%。而未改性HZSM-5催化剂上,反应2 h DMBPs产率为4.2%。向反应体系添加水蒸气可进一步提高(w2)Pt-(w1)F-ZSM-5催化剂的稳定性和4,4’-DMBP选择性,反应30 h 4,4’-DMBP选择性仍高达90%。

水和丙酮混合介质中合成球形MCM-41

在水和丙酮的混合介质中,合成了具有可控形态的介孔材料MCM-41。研究发现,延长合成时间使材料的晶胞变大,增加氨水用量将导致孔径增加、比表面积和孔体积减小,增加十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的量使比表面积和孔体积增加,但孔径基本不变。调节CTAB与正硅酸乙酯(TEOS)的摩尔比,当n(TEOS)∶n(CTAB)∶n(NH3(H2O)∶n(Acetone)∶n(H2O)=1∶0.07∶1.4∶20∶144时,所得MCM-41既有实心球,也有空心球,且有比较均一的粒径分布,平均粒径约500 nm。实心球具有径向分布的孔道,空心球具有被平面六方孔道垂直贯穿的壳。