Исследование превращений этилбензола в присутствии цеолитсодержащих катализаторов | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 26 октября, печатный экземпляр отправим 30 октября.

Опубликовать статью в журнале

Библиографическое описание:

Исмайлова, С. Б. Исследование превращений этилбензола в присутствии цеолитсодержащих катализаторов / С. Б. Исмайлова, С. Э. Мамедов, Н. Ф. Ахмедова. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2017. — № 38 (172). — С. 10-13. — URL: https://moluch.ru/archive/172/45698/ (дата обращения: 17.10.2024).



В статье приводятся результаты исследований по изучению превращений этилбензола в присутствии различных цеолитсодержащих катализаторов (Н-ультрасила, НЦВМ, ЦВН, а также кадмийсодержащего ультрасила). Было установлено, что модифицированные металлом (кадмием) ультрасилы по селективности превосходят немодифицированные цеолитсодержащие катализаторы. С увеличением количества кадмия от 1 до 10 мас. % наблюдается усиление реакций образования ксилолов и подавляются реакции образования толуола.

Для успешного развития современных процессов нефтепереработки и нефтехимии, связанных с получением мономеров, растворителей, ионных жидкостей, ингибиторов коррозии, стабилизаторов и других ценных продуктов, важное значение имеет разработка эффективных каталитических систем [1, 2].

В настоящее время катализ рассматривается как важный инструмент «зеленой химии» [3].

Как известно, во многих промышленных процессах используются цеолитсодержащие катализаторы, модифицированные различными металлами [4–7]. Однако интерес к ним в последние годы значительно возрос, что в немалой степени обусловлено их интересными функциональными свойствами, экологической безопасностью, легкостью регенерации и др.

Среди цеолитных катализаторов особое место занимают пентасилы (например, типа ZSM-5, основными производителями которых являются фирмы «Mobil Oil» и «Union Carbige» США, японская фирма «Toe coga» и др.). Пентасилы отличаются от цеолитов других типов специфической структурой кристаллической решетки, высоким содержанием кремния (SiO2:Al2O3>30–50) и локализацией активных кислотных центров [4]. Указанные особенности и обуславливают их физико-химические, адсорбционные и каталитические свойства.

В настоящей статье приводятся результаты наших исследований по изучению превращений этилбензола в присутствии пентасилов, модифицированных кадмием.

Экспериментальная часть

Для введения в полости цеолитов активных компонентов используются различные методы (ионный обмен, пропитка, соосаждение и др.). Для более равномерного распределения активных центров чаще применяют метод ионного обмена. Поэтому в своей работе при приготовлении модифицированных пентасилов нами использовался этот метод.

Кадмий вводили в состав цеолитсодержащего катализатора методом ионного обмена, а также методом пропитки. Для исследования использовали высококремнеземные цеолиты типа ЦВМ с мольным отношением SiO2/Al2O3=61–400, которые путём ионного обмена переводили в NH4-форму по методике, описанной ранее [8]. H-форму цеолита получали термическим разложением NH4-формы при 500°C в течение 4 ч. Для исследования катализаторов применяли химический и адсорбционный методы анализа. Катализаторы, модифицированные 2.5–10.0 мас. % Cd, получали пропиткой H-форм цеолитов раствором нитрата Cd при 80 °C в течение 6 ч. Образцы сушили на воздухе в течение 16 ч, затем 4 ч. в сушильном шкафу при 110 °C

Реакцию проводили на проточной установке с загрузкой 5,0 см3 катализатора при температуре 260–4000С, мольным отношении Н2:этилбензол, равном 3, объёмной скорости по этилбензолу 1ч-1 и при атмосферном давлении. Продолжительность опыта составляла 30 минут. Анализ продуктов реакции.

Результаты иих обсуждение

С целью выявления основных показателей, влияющих на выходы целевых и побочных продуктов, проводились две серии экспериментов с использованием немодифицированных пентасилов в Н-форме, а также модифицированных кадмием образцов, содержащих различные его количества. В табл. 1 приводятся результаты экспериментов по исследованию процесса каталитических превращений этилбензолом в присутствии пентасилов в Н-форме, НЦВМ и ЦВН. Приведём состав катализатора по данным хроматографического анализа.

Таблица 1

Влияние различных факторов на превращения этилбензола в присутствии немодифицированных пентасилов

Катализатор

t,оС

Конверсия этил-бензола,%

Состав полученных продуктов,%

бензол

толуол

ксилолы

диэтилбензол

м-диэтилбензол

n-диэтилбензол

триметилбензол

Прочие

Н-уль-трасил

250

5,1

1,3

0,1

-

-

2,0

1,7

-

0,85

300

20,0

6,1

0,2

-

-

7,8

5,8

0,1

0,74

350

40,0

13,5

0,7

0,5

0,2

14,3

9,6

1,7

0,67

400

62,9

25,5

10,6

2,8

3,5

9,7

6,0

4,8

0,60

НЦВМ

300

21,0

6,6

0,4

-

-

8,0

5,7

0,3

0,71

400

64,7

25,9

11,2

2,9

3,7

9,9

6,1

5,0

0,60

ЦВН

300

18,6

5,7

0,1

-

-

7,2

5,6

-

0,76

400

55,5

23,2

8,9

2,6

2,2

9,2

5,8

3,6

0,63

Как видно из данных, приведенных в табл. 1, все использованные в экспериментах катализаторы (Н-ультрасилы, НЦВМ, ЦВН) обладают недостаточно высокими функциональными свойствами. Конверсия сырья (этилбензола) достигает при температуре 400 оС 62,9 и 64,7 % в случае использования H-ультрасилов и НЦВМ — соответственно. Конверсия этилбензола в присутствии ЦВН при 400 оС не превышает 55,5 %.

Судя по составу полученных соединений, исследованные катализаторы обладают невысокой селективностью, о чем свидетельствует сложный углеводородный состав продуктов превращений этилбензола. При температурах, не превышающих 300 оС, содержание бензола в составе образующихся соединений в среднем до 400 оС, количество бензола увеличивается до 23–25 %. Количество образующегося бензола при этом составляет 9–11 %. Во всех случаях ксилолы образуются в незначительных количествах (не более 2,6–2,9 %).

Как известно, мольное соотношение SiO2/Al2O3 в цеолитах оказывает определенное влияние на их кислотные свойства.

В табл. 2 приводятся данные по исследованию соотношения SiO2/Al2O3 на содержание активных центров (2мкмоль∙г-1) в катализаторе.

Таблица 2

Зависимость содержания кислотных центров вН-ультрасилах от мольного соотношения SiO2/Al2O3

SiO2/Al2O3 моль

Температура, оС

Содержание кислотных центров, мкмоль∙г-1

форма I

форма II

форма I

форма II

61

195

408

625

528

200

188

358

585

321

Как видно из данных табл. 2, как при высоких температурах, так и пониженных температурах при увеличении соотношения SiO2/Al2O3 от 61 до 200, наблюдается снижение содержания кислотных центров в катализаторах, что отрицательно сказывается на их функциональных свойствах. Так, для формы II происходит уменьшение содержания активных центров от 528 мкмоль∙г-1 до 321 мкмоль∙г-1.

Дальнейшие исследования были связаны с исследованием превращений этилбензола в присутствии модифицированных ультрасилов (с различным содержанием кадмия). Результаты этих экспериментов приводятся в табл. 3.

Как видно из табл. 3 при включении в структуры кадмийсодержащего катализатора металла (кадмия) существенно изменяется углеводородный состав продуктов превращений этилбензола.

Во всех экспериментах толуол и o-диэтилбензол образуются в незначительных количествах. Количество образующегося бензола, можно сказать, снижается в 2 раза, а количество ксилолов и п-диэтилбензолов растут. Что же касается триметилбензолов, то их количества там же падают.

В целом, модифицированные кадмием ультрасилы по селективности превосходят ультрасилы в Н-форме, а также катализаторы НЦВМ и ЦВН.

Таблица 3

Влияние содержания кадмия всоставе катализатора на состав продуктов превращений этилбензола

Содержание Cd всоставе ультра-сила, мас.%

t,оС

Конверсия этил-бензола,%

Состав полученных продуктов,%

бензол

толуол

ксилолы

о-диэтилбензол

м-диэтилбензол

п-диэтилбензол

Триметилбензол

Прочие

0,66

350

32,0

9,7

0,4

4,9

-

7,1

2,6

0,4

1,34

400

42,8

13,7

1,4

4,0

1,0

10,0

12,2

1,5

1,21

1,0

350

30,1

9,1

0,3

5,2

-

6,2

9,1

0,2

1,46

400

41,3

13,2

1,1

4,4

0,7

8,9

11,8

1,2

1,32

3,0

350

28,1

8,5

0,2

6,4

-

4,7

8,2

0,1

1,74

400

36,8

12,1

0,8

5,3

0,2

7,0

10,7

0,7

1,52

5,0

350

27,1

7,1

0,1

8,8

-

3,5

7,6

-

2,15

400

32,5

10,1

0,4

7,7

-

4,7

9,1

0,5

1,93

10,0

350

27,7

6,2

0,1

12,1

-

2,7

6,6

-

2,46

400

32,9

8,9

0,3

11,4

-

3,8

8,3

0,2

2,18

Установлено, что увеличение количества кадмия в ультрасиле от 1 до 10 мас. % способствует усилению реакции образования ксилолов. Так, например, при температуре 350 оС количество ксилолов увеличивается от 5,2 % до 10,1 %. Очевидно, такое поведение кадмийсодержащего цеолита связано с наличием металлических центров, оказывающих совместное влияние на процессы адсорбции–десорбции.

Таким образом, проведенные исследования позволяют сделать вывод о возможности регулирования углеводородного состава продуктов превращений этилбензола, путём осуществления каталитических реакций в присутствии кадмийсодержащих цеолитов.

Литература:

  1. Кучеров А. В. // Журн. физ. химии, 2014. Т. 88. № 3. С. 401–408.
  2. Восмерикова Л. Н., Литвак Е. И., Восмериков А. В., Ушева Н. В.// Нефтехимия, 2010. Т. 50. № 3. С. 212–216.
  3. Белецкая И. П., Кустов Л. М. // Успехи химии, 2010. Т. 79. № 6. С. 493–515.
  4. Нефедов Б. К. // Химия и технология топлив и масел, 1992. № 2. С. 29–39.
  5. Ионе К. Г./ Полифункциональный катализ на цеолитах. Новосибирск, 1982. 272 с.
  6. Миначев Х. М. Окислительно-восстановительный катализ на цеолитах. М.: Наука, 1990. 148 с.
  7. Григорьева Н. Г., Талипова Р. Р., Коржова Л. Ф., Бубеинов С. В., Кутепов Б. И., Джемилов У. М. // Нефтехимия, 2010. Т. 50. № 2. С. 141–145.
  8. Aliev I. A., Akhmedov E. I., Mamedov E. S., Gakhramanov T. O. Toluene ethylation with ethanol on cadmium-promoted high silica zeolite.// Petroleum Chemistry. 2010. V. 50. №. 5. Р. 373–375.
Основные термины (генерируются автоматически): катализатор, ионный обмен, превращение этилбензола, центр, изучение превращений этилбензола, кадмий, конверсия этил-бензола, мольное соотношение, образующийся бензол, углеводородный состав продуктов превращений этилбензола.


Похожие статьи

Фотометрическое определение скандия (iii) с бис(2,3,4-тригидроксифенилазо)бензидином в присутствии третьего компонента

Изучено комплексобразование скандия(III) с бис(2,3,4-тригидроксифенилазо)бензидином в отсутствии и присутствии семикарбазида, 8-гидроксихинолина и ,-дипиридила. Установлены оптимальные условия их образования, рассчитаны спектрофотометрические хара...

Влияние мольного соотношения SiO2/Al2O3 на кислотные и каталитические свойства цеолита HZSM-5 в реакции диспропорционирования этилбензола

В интервале температур 300–400 0С в проточной установке в реакторе идеального вытеснения в атмосфере водороде изучено влияние мольного соотношения SiO2/Al2O3 на кислотные и каталитические свойства цеолита HZSM-5 в диспропорционировании этилбензола. П...

Изомеризация н-гептана на Pt-содержащих катализаторах, содержащих редкоземельные и переходные элементы

Изучена изомеризация н-октана на Pt-цеолитных катализаторах с редкоземельными переходными элементами. Установлена высокая активность Pt-цеолитных катализаторов, содержащих два поливалентных катиона, и показано, что редкоземельные и переходные элемент...

Исследование влияния гуминовых кислот и их модификаций на процесс электровосстановления кислорода

Разработан способ химического модифицирования гуминовых кислот (ГК) с известными биоактивными веществами. Приведены экспериментальные исследования влияния модифицированных ГК на процесс электровосстановления кислорода (ЭВК) методом катодной вольтампе...

Синтез и изучение свойств комплексных соединений переходных металлов с оксимом ацетона

В работе проведён синтез комплексных соединений Cu(II), Ni(II), Cd(II), Co(II), Fe(III) с оксимом ацетона в качестве лиганда с целью установления его возможной дентатности. Для ряда веществ сняты спектры поглощения в видимой области, проведён рентген...

О возможности получения металлического кальция различными восстановителями

Исследована возможность получения металлического кальция различными термическими методами, а именно — методом диссоциации карбида кальция в вакууме, с помощью газовых восстановителей и металлотермическим восстановлением оксида кальция. Показано, что ...

Влияние природы макроциклических колец на скорость транспорта пикрата щелочных металлов через жидкие мембраны

Изучены ион-транспортные свойства алкилзамещенных производных дибензо-18-крауна-6. Показано, что скороcть транспорта ионов щелочных металлов из их пикратных растворов зависит от концентрации и природы макроциклического кольца. Найдено, что факторы, в...

Исследование строения фосфорилированного олефина методами ЯМР- и ИК-спектроскопии

В работе представлены результаты исследования фосфорилированного децена, полученного реакцией окислительного хлорфосфорилирования децена-1 с последующим алкоголизом. С целью выяснения механизма реакции были использованы методы ЯМР и ИК анализа. В рез...

Совершенствование производства метилтиопропионового альдегида

В статье описывается реализованный в промышленности процесс получения метилтиопропионового альдегида (АМТП). Выявлены достоинства и недостатки процесса производства АМТП. В статье предложен способ совершенствования синтеза АМТП.

Влияние ультрафиолетового излучения на формирование гидрата метана в присутствии наноструктурированного анодным оксидированием покрытия титана

В статье описывается изучение нуклеации и роста гидрата метана в присутствии ультрафиолетового излучения и синтезированного покрытия наноструктурированного анодным оксидированием диоксида титана. В экспериментах с применением ультрафиолетового излуче...

Похожие статьи

Фотометрическое определение скандия (iii) с бис(2,3,4-тригидроксифенилазо)бензидином в присутствии третьего компонента

Изучено комплексобразование скандия(III) с бис(2,3,4-тригидроксифенилазо)бензидином в отсутствии и присутствии семикарбазида, 8-гидроксихинолина и ,-дипиридила. Установлены оптимальные условия их образования, рассчитаны спектрофотометрические хара...

Влияние мольного соотношения SiO2/Al2O3 на кислотные и каталитические свойства цеолита HZSM-5 в реакции диспропорционирования этилбензола

В интервале температур 300–400 0С в проточной установке в реакторе идеального вытеснения в атмосфере водороде изучено влияние мольного соотношения SiO2/Al2O3 на кислотные и каталитические свойства цеолита HZSM-5 в диспропорционировании этилбензола. П...

Изомеризация н-гептана на Pt-содержащих катализаторах, содержащих редкоземельные и переходные элементы

Изучена изомеризация н-октана на Pt-цеолитных катализаторах с редкоземельными переходными элементами. Установлена высокая активность Pt-цеолитных катализаторов, содержащих два поливалентных катиона, и показано, что редкоземельные и переходные элемент...

Исследование влияния гуминовых кислот и их модификаций на процесс электровосстановления кислорода

Разработан способ химического модифицирования гуминовых кислот (ГК) с известными биоактивными веществами. Приведены экспериментальные исследования влияния модифицированных ГК на процесс электровосстановления кислорода (ЭВК) методом катодной вольтампе...

Синтез и изучение свойств комплексных соединений переходных металлов с оксимом ацетона

В работе проведён синтез комплексных соединений Cu(II), Ni(II), Cd(II), Co(II), Fe(III) с оксимом ацетона в качестве лиганда с целью установления его возможной дентатности. Для ряда веществ сняты спектры поглощения в видимой области, проведён рентген...

О возможности получения металлического кальция различными восстановителями

Исследована возможность получения металлического кальция различными термическими методами, а именно — методом диссоциации карбида кальция в вакууме, с помощью газовых восстановителей и металлотермическим восстановлением оксида кальция. Показано, что ...

Влияние природы макроциклических колец на скорость транспорта пикрата щелочных металлов через жидкие мембраны

Изучены ион-транспортные свойства алкилзамещенных производных дибензо-18-крауна-6. Показано, что скороcть транспорта ионов щелочных металлов из их пикратных растворов зависит от концентрации и природы макроциклического кольца. Найдено, что факторы, в...

Исследование строения фосфорилированного олефина методами ЯМР- и ИК-спектроскопии

В работе представлены результаты исследования фосфорилированного децена, полученного реакцией окислительного хлорфосфорилирования децена-1 с последующим алкоголизом. С целью выяснения механизма реакции были использованы методы ЯМР и ИК анализа. В рез...

Совершенствование производства метилтиопропионового альдегида

В статье описывается реализованный в промышленности процесс получения метилтиопропионового альдегида (АМТП). Выявлены достоинства и недостатки процесса производства АМТП. В статье предложен способ совершенствования синтеза АМТП.

Влияние ультрафиолетового излучения на формирование гидрата метана в присутствии наноструктурированного анодным оксидированием покрытия титана

В статье описывается изучение нуклеации и роста гидрата метана в присутствии ультрафиолетового излучения и синтезированного покрытия наноструктурированного анодным оксидированием диоксида титана. В экспериментах с применением ультрафиолетового излуче...

Задать вопрос