丙烯水合制异丙醇催化剂分析

高文华

摘要：现阶段，我国社会经济水平不断提高，给我国工业化建设发展带来了巨大的发展空间。随着我国科学技术的创新发展，异丙醇是一种极其重要的化工原料，它可以作为溶剂、萃取剂同时又可以作为合成常用化工产品的中间体，因其用途广泛而在诸多领域中占据了不可或缺的地位，我国异丙醇的生产装置大部分采用丙烯直接水合工艺，从根本上规避了传统异丙醇的生产工艺中腐蚀严重的问题。现阶段，可持续发展理念的提出，我国致力研究高效环保的催化剂，本文主要就丙烯水合制异丙醇催化剂进行分析，并提出了催化剂制备条件优化的有效策略，望对未来丙烯水合制异丙醇催化剂工艺的优化提供相应借鉴。

关键词：丙烯水异丙醇合制催化剂

随着世界经济全球化发展趋势的逐步形成，各国为了进一步推动本国经济发展，纷纷开始大力推进科技创新和工业化发展。目前我国生产异丙醇的主要方法是丙烯直接水合法，随着该工艺日渐成熟，制备出成本低、稳定性髙、对设备腐蚀和环境污染极小的新型催化剂是现阶段研究的重点方向。活性炭具有水热稳定性好且比表面积大的优点而常用于做催化剂的载体，它具备负载大量磷酸的能力和制各出高稳定性的固体磷酸催化剂的潜能，异丙醇是一种极其重要的化工原料，在汽车、航空燃料、农药、医药、涂料、电子工业、日用化工等领域发挥着不可替代的作用，因此国内异丙醇的生产市场具有极大的发展空间。

1丙稀水合制异丙醇工艺中常见的催化剂

就现阶段而言，由于丙烯直接水合制备异丙醇的生产工艺具有高效性、低能耗、流程简单等化点，因此国内外生产异丙醇时也大多选用直接水合法，并且随着其生产工艺日渐成熟，接下来的研究方向便集中于开发出一种既高效又环保的新型催化剂。目前，己投入丙烯水合制实际生产的固体酸催化剂有以下几类：固体憐酸、沸石分子筛、杂多酸化合物及阳离子交换树脂等

1.1固体磷酸化剂

固体磷酸催化剂主要应用于烷基化及异构化等生产工艺，这种催化剂的生产成本低廉，产物的选择性高，且对反应原料纯度的要求较低，因此成为石油化学工业中一种极其重要的催化剂，一般通过浸溃法将酸解负载于硅藻土或二氧化硅上，使其形成酸性中心，它将起到与磷酸溶液形态相同的催化作用，即直接提供Ｈ＋。传统固体磷酸催化剂由肌酸与硅藻土负载制备而成，因此亦被称作硅藻土磷酸催化剂，组成固体磷酸催化剂的具体成分十分复杂，这使得其活性中心、组成受制备条件和合成工艺过程的影响很大。此后，出现了使用如二氧化硅和活性炭等替代硅藻土来负载酸解制备新型的固体肌酸催化剂。

1.2沸石分子筛

沸石分子筛具有均匀的孔道，孔径与普通分子大小处于相同的数量级，故可筛分不同大小的分子，沸石分子筛也因为这种用途而得名。沸石分子筛是白色粉末，无毒性和腐蚀性，不溶于水，也不溶于有机溶剂，但既可溶于强酸又可溶于强碱。相比于其它固体催化剂，沸石分子筛具有极强的吸附能力和独特的择型吸附能力。而沸石分子筛具有的择形催化能力，即反应物的择形催化、产物的择形催化及限制过渡态择形催化。沸石分子筛是一种水合结晶型的硅酸盐，其硅铝比在某种范围内变化，而不同硅铝比的分子筛的结构、表面酸性质、耐热性、耐酸性及耐碱性也不同，且随着硅铝比的増大，其耐热性和耐酸性増加，而其耐碱性则降低。

1.3杂多酸化合物

杂多酸是由不同的含氧酸缩合而制得的缩合含氧酸的总称，是由杂原子Ｐ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｏ等和多原子Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ等通过氧原子配位桥联形成的一类含氧多酸，具有很高的催化活性。现阶段，杂多酸已广泛应用在醋化、醋交换、醋类水解、重排、异构化等反应。将杂多酸催化剂直接应用于水合反应中，部分杂多酸会溶解与产物中，造成催化剂活性流失及产物分离，因此，制备高活性、离选择性、持久稳定的负载型杂多酸催化剂是科学家们未来的研究方向。

1.4阳离子交换树脂

阳离子交换树脂是一类有机高分子聚合物，不溶于一般的酸、碱溶液及其他有机溶剂。每个阳离子交换树脂的单元结构均由三部分组成：不溶性的三维空间网状骨架、链接在骨架上的功能集团、与功能基团所带相反电荷的可交换离子。对于具有能解离出阳离子的树脂叫做阳离子交换树脂，相当于高分子多元酸。因此可具备为具有酸催化性能的强酸性阳离子交换树脂，如含有强酸性离子交换树脂；或具有弱酸性的磺酸基、苯酚基等弱酸性离子交换树脂。目前，常见的强酸性离子交换树脂为全氟化聚乙烯磺酸类离子交换树脂、多孔性聚苯乙烯苯磺酸类离子树脂，利用强酸性离子交换树脂作为催化剂催化丙烯水合制备异丙醇，反应为液态反应，其作用机理与无机酸均相溶液中的催化机理一致，虽然强酸离子交换树脂具有反应条件温和、转化率高等优点，然而热稳定性差、价格高昂成为其发展的瓶颈。因此，在工业催化丙烯产异丙醇中，阳离子交换树脂仍需要进一步的研究改进。

2催化剂制备条件优化

丙烯水合制备异丙醇反应需要在酸催化条件下进行，而传统硫酸催化剂具有过程复杂、产物选择性差、副产物多、设备腐蚀和环境污染等缺点，逐渐遭到淘汰。丙烯直接水合反应常用的催化剂大多属于固体酸催化剂，包括负载型固体磷酸催化剂、阳离子交换树脂、杂多酸、沸石分子筛、固体超强酸等。固体酸催化剂因具备良好的性能稳定性、设备腐蚀性小、环境友好、易于重复利用等优点，因此长期来就是丙烯直接水合反应的研究热点。固体磷酸催化剂具有制备工艺简单、原料成本低廉的优点，同时在维Ｅ法丙烯气相直接水合制备异丙醇反应中表现出良好的反应活性与高选择性。现阶段，己成熟应用的固体磷酸催化剂载体为硅藻土，然而该催化剂具有活性肌酸组分易流失、硅藻土遇水易泥化堵塞床层等缺点，因此给工业生产增加了成本与风险。因此用活性炭的选用作为负载肌酸催化剂载体，并通过对催化剂制异方案及条件的探索来制备具有高反应活性及选择性的催化剂。活性炭作为催化剂载体具有高比表面积、良好的水热稳定性等优点。同时，活性炭原料易得，价格低廉可以达到为以后的大规模工业生产降低成本的目的。肌酸具有较强的给质子能力具有良好的水合反应活性，与活性炭载体通过接枝物相结合可达到良好的水合反应性能。另外，本实验在催化剂活性组分表面进行保护组分负载，进一步与活性组分肌酸结合形成一层保护层，除此之外，提高肌酸负载量，考察培烧温度等条件对丙稀水合反应的影响。达到催化剂制备条件优化的目的。

结束语

随着世界经济全球化发展趋势逐步形成，资源可持续发展受到世界各国的广泛重视。现阶段，我国社会经济水平不断提高，我国现代工业生产建设规模逐步扩大，为进一步确保工业生产中对资源能源节约使用，加强丙烯水合制异丙醇催化剂优化工作至关重要。实际工作中，相关工作人员务必要全面掌握固体磷酸、沸石分子筛、杂多酸化合物及阳离子交换树脂等主要催化剂类型，并不断加强活性炭催化剂的制备和使用，通过对催化剂制异方案及条件的探索来制备具有高反应活性及选择性的催化剂，只有这样才能够从根本上确保丙烯水合制异丙醇催化剂制备优化的有效性，从而在实际使用中起到资源节约、绿色环保的作用，以进一步促进我国工业化长期稳定地发展。

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