探索间甲酚与异丁烯烷基化反应：绿色化学的新途径

探索间甲酚与异丁烯烷基化反应：绿色化学的新途径

概括：

间甲酚是合成农药、抗氧剂、染料、维生素E、香料、药物等的重要原料。混合甲酚与异丁烯的烷基化反应是分离、纯化间甲酚、制备高纯度间甲酚的重要方法。间甲酚的烷基化产物经“烷基转移”可得到纯度95%以上的间甲酚。对甲酚的烷基化产物2-叔丁基对甲酚广泛应用于表面活性剂、紫外线吸收剂、抗氧剂等的生产。2,6-二叔丁基对甲酚（BHT）有220多种用途，在酚类抗氧剂中占有主导地位。传统的烷基化反应采用对环境污染严重的液体酸作催化剂。 随着环保要求的提高，研究具有高催化活性、长催化寿命、工业成本低的环境友好型固体酸催化剂以替代液体酸催化剂是实现“绿色化学”的主要途径。克服固体酸催化剂活性低、寿命短、价格昂贵的缺陷是当前研究的重要目标。本文以甲酚与异丁烯的反应为研究对象，探究强酸性阳离子交换树脂、HUSY、HZSM-5、磺化活性炭四种催化剂的最佳制备条件和最佳催化条件，并进一步考察催化产物的催化活性、催化寿命、酸性等。通过比表面积及孔径分布、X射线粉末衍射、扫描电镜、差热-热重、傅里叶变换红外光谱、氨吸附程序升温脱附、透射电镜等手段对催化剂进行表征，研究催化剂的制备及作用机理。 具体研究结果如下：1.强酸性阳离子交换树脂QHXY-1催化剂在甲酚与异丁烯的烷基化反应中具有很高的催化活性，但其催化寿命仅为4次，且磺酸基会脱落，导致产品酸性过高，发生逆烃化反应。

2、HUSY催化剂在甲酚与异丁烯烷基化反应中具有较高的催化活性，且催化剂比较稳定，酸脱落速度慢，产品酸度符合要求，但其催化寿命仅为5倍。对新鲜HUSY和失活HUSY的BET、FTIR、XRD、NH3-TPD表征结果表明，分子筛催化剂失活的原因主要有两个方面，一方面甲酚及其产物堵塞孔道导致失活；另一方面催化剂酸损失，酸含量降低，孔道堵塞是催化剂失活的主要原因。酸损失对催化剂失活的影响相对较小。 3.在溶液浓度0.5 mol/L、离子交换温度80℃、离子交换时间8h、焙烧温度500℃、焙烧时间4h的改性条件下制备的HZSM-5在甲酚与异丁烯的烷基化反应中具有较高的催化活性，且催化剂比较稳定，酸脱落速度慢，产品酸度满足要求，其催化寿命延长8倍。利用BET、FT-IR、XRD、SEM、TG-DSC、NH3-TPD等对ZSM-5和HZSM-5进行了表征。结果表明，改性后的HZSM-5硅铝比增大，酸含量和酸强度明显提高，改性不破坏ZSM-5的孔结构、表面形貌和晶体结构。 4、在磺化温度150℃、磺化时间12h的磺化条件下制备的磺化活性炭在甲酚与异丁烯的烷基化反应中具有优异的催化活性，催化寿命可达15次。但催化剂磺酸基脱落，导致产物酸性过大。利用BET、FT-IR、XRD、SEM、TG-DSC、NH3-TPD等对活性炭及磺化活性炭进行表征。结果表明，磺化活性炭磺酸基负载量大，孔隙中存在未干水残留，因此比表面积和孔容大大降低。同时磺化过程改变了活性炭的晶体结构和孔结构。

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