ЭТИЛИРОВАНИЕ ТОЛУОЛА ЭТАНОЛОМ НА ВЫСОКОКРЕМНЕЗЕМНОМ ЦЕОЛИТЕ, МОДИФИЦИРОВАННОМ ЦИНК > Научные обзоры
IT-Reviews    

ЭТИЛИРОВАНИЕ ТОЛУОЛА ЭТАНОЛОМ НА ВЫСОКОКРЕМНЕЗЕМНОМ ЦЕОЛИТЕ, МОДИФИЦИРОВАННОМ ЦИНК

Источник:
Мамедов Э.С. Ахмедов Э.И. Гахраманов Т.О. Статья в формате PDF 288 KB

Продукты этилирования толуола п- и м-этилтолуолы (ЭТ) применяют для получения метилстиролов. Применение полиметилстиролов открывает новые пути утилизации толуола, что позволяет заменить им дефицитный бензол в нефтехимическом синтезе [1, 2]. Традиционные кислотные катализаторы типа (АlCl3∙HCl), используемые в алкилировании имеют существенные недостатки (коррозия аппаратуры, большой расход катализатора). В их присуствии протекают вторичные реакции, снижающие селективность производства, что требует дополнительных затрат на очистку получаемых продуктов. Кроме того, образуется большое количество сточных вод и отходов производства, загрязняющих окружающую среду.

Новым перспективным способом получения п-ЭТ является этилирование толуола на ВК-цеолитах типа ZSM-5. Модифицирование цеолитов ZSM-5 различными элементами (В, Р, Мg, Si, Lа и.т.д.) вызывает повышение их пара-селективности [3-5]. В связи с этим разработка пара-селективных катализаторов для процесса этилирования толуола представляет большой интерес.

Цель настоящей работы ─ изучение влияния модифицирования ВК-цеолита типа ультрасила цинком на его физико-химические и каталитические свойства в реакции этилирования толуола.

Для исследования использовали высококремнеземный цеолит типа ультрасила с мольным отношением SiO2/Al2O3 = 61. Методика приготовления катализаторов описана в работе [5]. Кислотные свойства модифицированных цеолитов изучали методом термодесорбции аммиака по методике, описанной в работе [6]. Опыты проводили на установке проточного типа со стационарным слоем катализатора объемом 4 см3 в реакторе идеального вытеснения при атмосферном давлении в присутствии водорода в интервале температур 300-400 °C, объемной скорости подачи сырья 1 ч-1 при мольном отношении C7H8:C2H5OH:H2, равном 2:1:2.

В табл. 1 приведены данные по активности и селективности Н-ультрасила в реакции этилирования толуола. Температура реакции не оказывала влияния на конверсию спирта, которая составляла 92-100 %, конверсия толуола возрастала с увеличением температуры с 24,5 до 39,3 мас%.

1. Состав продуктов алкилирования толуола этанолом на H-форме ультрасила

t,°C

Конверсия, %

Селективность по продуктам в катализате, %

Селективность
по п-Эт, %

Толуола

Этанола

Бензола

ЭБ

п-ЭТ

м-ЭТ

о-ЭТ

C5+ алифат. углев.

Ксилолы

Прочие АРУ

300

24,5

92,3

1,2

2,4

31,7

38,5

1,2

11,5

5,5

1,8

47,3

350

31,8

100

3,8

2,2

32,8

41,6

2,5

7,3

6,3

2,0

42,3

400

39,3

100

4,2

2,7

32,5

41,5

3,8

4,8

2,4

5,1

40,1

Помимо толуола и ЭТ в углеводородной части катализата обнаружены алифатические углеводороды С5+ , бензол, этилбензол, ксилолы, следы триметилбензолов и других ароматических углеводородов. В газообразных продуктах наблюдали предельные и непредельные углеводороды (С14). При низких температурах процесс в значительной степени осложнялся образованием алифатических углеводородов C5+ , при более высоких - увеличением выхода побочных ароматических углеводородов и снижением селективности по п-ЭТ.

Зависимость конверсии толуола и селективности
по п-ЭТ от концентрации цинка

Как видно из рисунка и табл. 2 введение цинка в состав Н-ультрасила приводит к существенному изменению каталитических и физико-химических свойств катализаторов: снижается их активность в реакциях алкилирования и диспропорционирования толуола и возрастает селективность образования п-ЭТ.

Введение цинка в количестве 2,0-10,0 мас% в состав ультрасила способствовало повышению его селективности по п-ЭТ с 42,3 до 67,5 мас%. Проявление пара-селективности цинксодержащих ультрасилов может быть обусловлено уменьшением силы бренстедовских и льюсовских кислотных центров в цеолите [3, 4], а также изменением размеров каналов структуры, следовательно, и адсорбционно-десорбционных и диффузионных характеристик катализаторов. Действительно, модифицирование сопровождается химическим взаимодействием модификатора с цеолитом, что приводит к воздействию модификатора на доступность каналов структуры цеолитных катализаторов. Это подтверждается уменьшением сорбционной емкости образцов с увеличением содержания в их составе цинка.

Изменение активности и пара-селективности ультрасила при его модифицировании вызвано также изменением концентрации и силы кислотных центров (табл. 2).

Модифицирование Н-ультрасила Zn приводит к смещению высокотемпературного пика в область более низких температур и снижению концентрации кислотных центров обеих форм десорбции аммиака.

2. Кислотные свойства H-ультрасила, модифицированного цинком 

Н-ультрасил модифицированный, (мас%)

Tmax, ºC максимума пика десорбции аммиака

Концентрация кислотных центров, (мкмоль·г-1)

Форма I

Форма II

Форма I

Форма II

H-УС

198

415

625

538

1,0% Zn-H-УС

194

375

442

329

3,0% Zn-H-УС

190

328

384

296

5,0% Zn-H-УС

182

312

349

208

10,0% Zn-H-УС

178

278

286

118

Введение в количестве 2,5-5,0 мас% Zn в состав Н-ультрасила снижает концентратцию кислотных центров в 1,1-2,4 раза. При повышении содержания Zn в цеолите до 7,5 мас% происходит резко снижение кислотности катализатора: уменьшение концентрации кислотных центров более чем в 4 раза и смещение низкотемпературного и высокотемпературного пиков десорбции аммиака соответственно до 182 и 302 °С. Увеличение содержания Zn в цеолите до 10,0 мас %, сопровождается дальнейшим уменьшением силы и концентрации кислотных центров. Постепенное ослабление кислотных свойств Н-ультрасила при увеличении содержания Zn в цеолите объясняется обменом ионов Н+ на ионы Zn2+ и образованием ZnO после разложения соли и отложением его в каналах и на внешней поверхности кристаллов цеолита. В результате уменьшаются протонная кислотность и их активность в реакции алкилирования, а также изменяются диффузионные характеристики цеолитов, с которым и тесно связана пара-селективность каталитических систем.

Таким образом, в результате химического модифицирования Н-ультрасила Zn происходит существенное уменьшение концентрации сильных кислотных центров и адсорбционной емкости цеолитов, что и обусловливает повышение селективности катализатора по п-этилтолуолу.

Список литературы

  1. KaedinqW.W. // Chem. Technol. - 1982. - Vol. 12, №9. - P.566.
  2. Мельникова Л.М. Маркарова С.А // Xим.пром-сть за рубежом. - 1984. - №7. - C. 1.
  3. Walendzievski J., Trwczynsri J. //Jnd. Eng. Chem.Res. - 1996. - Vol. 35. - P. 3356.
  4. Nai Y. // Ind Eng.Chem. Res. - 2001. - Vol. 40. - Р. 4157-4161.
  5. Мамедов С.Э., Ахмедов Э.М., Керимли Ф.Ш. // ЖПХ. - 2006. - Т.99, Вып. 10. - С. 1741.
  6. Ющенко В. // Журнал физической химии. - 1997. - т. 71, №4. - C. 628.



Отзывы (через Facebook):

Оставить отзыв с помощью аккаунта FaceBook:


ПРОБЛЕМЫ МЕНЕДЖМЕНТА РЕКРЕАЦИОННЫХ ЗОН

Статья в формате PDF 151 KB...

14 07 2021 9:24:46

ПРОБЛЕМЫ ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Статья в формате PDF 225 KB...

12 07 2021 13:37:32

ПРЕПОДАВАНИЕ ЭКОЛОГИИ В ТЕХНИЧЕСКОМ УНИВЕРСИТЕТЕ

Статья в формате PDF 110 KB...

11 07 2021 0:47:17

Продажа товаров в кредит

Статья в формате PDF 113 KB...

10 07 2021 0:16:36

В ГОД КРОЛИКА – О КРОЛИКЕ!

Статья в формате PDF 244 KB...

09 07 2021 11:29:59

ПОЦЕЛУЕВА ЛЮДМИЛА АЛЕКСАНДРОВНА

Статья в формате PDF 109 KB...

02 07 2021 13:46:37

РЫНОК ТРУДА И ТРУДОУСТРОЙСТВО МОЛОДЫХ СПЕЦИАЛИСТОВ

Статья в формате PDF 145 KB...

24 06 2021 2:32:55

ДЕМОНСТРАТИВНОСТЬ В ПОВЕДЕНИИ ПОДРОСТКА И ШКОЛА

Статья в формате PDF 307 KB...

23 06 2021 17:56:41

АВТОРИТЕТ ПРЕПОДАВАТЕЛЯ-ВРАЧА

Статья в формате PDF 94 KB...

16 06 2021 0:28:54

РАЗВИТИЕ ЛЕСНОГО КОМПЛЕКСА В РОССИИ

Статья в формате PDF 314 KB...

15 06 2021 16:51:53

Изучение эффективности галавтилина у больных рожей

Статья в формате PDF 115 KB...

14 06 2021 13:33:17

Еще:
Обзоры -1 :: Обзоры -2 :: Обзоры -3 :: Обзоры -4 :: Обзоры -5 :: Обзоры -6 :: Обзоры -7 :: Обзоры -8 :: Обзоры -9 :: Обзоры -10 :: Обзоры -11 ::

Последовательность подготовки научной работы может быть такой:

Выбор темы. Это важный этап. Во-первых, тема должна быть интересна не только вам, но и большинству слушателей, которым вы будете её докладывать, чтобы вы видели заинтересованность в их глазах, а не откровенную скуку.

Выбор целей и задач своей научной работы. То есть, нужно сузить тему. Например, тема: «Грудное вскармливание», сужение темы: «Грудное вскармливание среди студенток нашего ВУЗа». И если общая тема мало кому интересна, то суженная до рамок собственного института или университета, она становится интересной практически для всех слушателей. Целью может стать: «Содействие оптимальным условиям вскармливания грудью детей студентов нашего ВУЗа», а задачей — доказать, что специальные условия, созданные для кормящих студенток, не помешают их успеваемости, но уменьшат количество пропусков, академических отпусков и способствуют выращиванию здоровых детей — нашего будущего. Понятно, что эта тема подходит для студентов медицинских и педагогических ВУЗов, но и в других учебных учреждениях можно найти темы, интересные всем.

Разработать методы исследования и сбора информации. В случае с естественным вскармливанием, скорее всего, это будет анкетирование студенток, имеющих детей.

Систематизировать материал и подготовить презентацию.

Подготовиться к выступлению.

Выступить и получить: награду, удовольствие и опыт, чтобы в следующем году выступить ещё лучше и сорвать шквал аплодисментов, стать узнаваемым, а значит — более конкурентоспособным!