Fe2O3/MCM-41催化乙苯脱氢反应的研究

李君华，张丹，李雪

（辽宁工业大学化学与环境工程学院，辽宁锦州121001）

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Fe2O3/MCM-41催化乙苯脱氢反应的研究

李君华，张丹，李雪

（辽宁工业大学化学与环境工程学院，辽宁锦州121001）

以正硅酸乙脂（TEOS）为硅源，十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）为模板剂，合成了MCM-41介孔分子筛，采用等体积浸渍法制备了一系列Fe2O3/MCM-41催化剂。考察了Fe2O3负载量对催化剂乙苯脱氢性能的影响。结果表明，Fe2O3在催化剂中的质量分数为60%时，乙苯脱氢的转化率和选择性最佳，分别为17.15%和80.87%。

乙苯；脱氢；催化；三氧化二铁

乙苯脱氢制苯乙烯是石油化工生产的一个重要过程，而苯乙烯是生产塑料和合成橡胶的重要有机原料，主要用于制造聚苯乙烯树脂，丁苯橡胶弹性体，离子交换树脂等材料[1～3]。乙苯脱氢工艺的技术关键是研制高效的乙苯脱氢催化剂。乙苯脱氢催化剂已由初期使用的锌系、镁系催化剂逐步过渡到综合性能更优异的铁系催化剂，铁系催化剂是以Fe2O3为主要活性组分，但其比表面积较小，所以催化剂的活性受到了限制[4，5]。

1992年，美国Mobil公司首先合成出了介孔分子筛材料M41S系列，其中的MCM-41具有六方堆积一维长程有序的直孔道结构。MCM-41具有高比表面积、大的孔容、孔道结构规整、孔径尺寸可调、结构稳定性较好以及表面可进行无机、有机改性等优点，近年来，MCM-41作为多相催化剂的优良载体备受关注[6，7]。

将Fe2O3负载到MCM-41介孔分子筛上，可以有效的增大其比表面积，提高其作为乙苯脱氢催化剂的催化活性。苯乙烯的收率只要增加几个百分点，即可增加巨大的经济效益。

1 实验部分

1.1 制备催化剂

准确称取2.1 g十六烷基三甲基溴化铵溶于200mL蒸馏水中，放在锥形瓶中，在磁力搅拌器上搅拌，加入一定量浓氨水调节pH值恒定（pH= 11.7），快速加入7mL硅酸乙酯，室温下连续搅拌5 h，抽滤、洗涤、烘干。然后移入马弗炉中，550℃焙烧8h，得到MCM-41分子筛。

采用等体积浸渍法制备不同负载量的Fe2O3/ MCM-41催化剂，将自制的MCM-41载体浸渍于不同浓度的Fe(NO3)3水溶液中，静置12 h后于110℃下进行烘干，然后放入马弗炉中，调至600℃焙烧6h。将制备好的催化剂压片、破碎、过筛至40～60目。

1.2 评价催化活性

催化剂活性评价催化剂活性评价在常压流动固定床反应系统中进行，催化剂用量为1g，反应温度630℃，预热段400℃，乙苯空速为1mL/min。

2 结果与讨论

2.1 负载量对催化性能的影响

将浸渍法制备的20%Fe2O3/MCM-41、40%Fe2O3/ MCM-41、60%Fe2O3/MCM-41、80%Fe2O3/MCM-41催化剂用于乙苯脱氢反应实验中，不同催化剂催化性能如表1所示。

表1 不同负载量Fe2O3/MCM-41的催化性能

从表1可看出，负载型Fe2O3/MCM-41作为催化剂的乙苯的转化率、苯乙烯选择性均高于Fe2O3，并且随着Fe2O3负载量的增加催化剂的乙苯脱氢活性先增后减，负载量为60%时达最高。这可能是由于介孔分子筛具有高比表面，大孔容和大孔径，Fe2O3与介孔分子筛载体之间存在较强的相互作用，催化剂中Fe2O3小晶粒相的活性高于单层分散相，但是小晶粒相过多又有可能堵塞孔道，而导致催化剂活性下降。

2.2 助剂K对催化性能的影响

以添加KNO3作为助剂K的来源，制备K2OFe2O3（20%）/MCM-41和K2O-Fe2O3（60%）/MCM-41催化剂，并应用于乙苯脱氢的反应，结果见表2。

负载Fe2O3催化剂添加K后活性不但不能提高反而大大下降。这可能是由于介孔分子筛MCM-41不耐碱，在高温焙烧制备催化剂的过程中强碱性的K可使其孔结构受到破坏。

表2 添加K的催化剂对乙苯脱氢反应的影响

3 结论

采用等体积浸渍法制备出一系列Fe2O3/MCM-41催化剂，并用于催化乙苯脱氢反应。主要研究了Fe2O3负载量和助剂对催化活性的影响。随着Fe2O3负载量的增加，乙苯转化率和苯乙烯选择性先增加后减小，当Fe2O3负载量为60%时，乙苯转化率和苯乙烯选择性最高，分别为17.15%和80.87%。添加助剂K后，Fe2O3/MCM-41催化剂的催化性能反而降低。

［1］沈江,陈俊士,洪纯芬.苯乙烯生产现状和发展趋势[J].现代化工,2011,31(11)∶9-11.

［2］王德堂,李敢,刘鹏升,等.苯乙烯的生产趋势及应用研究[J].广东化工,2014,41(14)∶151-152.

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［6］张加赢,辛忠,孟鑫,等.基于MCM-41的镍基甲烷催化剂活性与稳定性[J].化工学报,2014,65(1)∶160-168.

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Fe2O3supported onmesoporousMCM-41 as catalysts for dehydrogenation of ethylbenzene

LIJun-hua，ZHANG Dan，LIXue
（SchoolofChemistry and Environmental Engineering,Liaoning University ofTechnology,Jinzhou, Liaoning,121001,China）

Mesoporousmolecular sieves MCM-41 had been synthesized using tetraethyl orthosilicate(TEOS) as silica source,cetyltriethylammonium bromide(CTAB)as templating agent.Fe2O3/MCM-41 catalysts with different Fe loading were prepared by impregnation method.The effect on reaction of different Fe2O3loading was studied.The results showed that the conversion of ethylbenzene and the selectivity of styrentwere 17.15%and 80. 87%when thequantity of loding Fe2O3（mass fraction）was60%.

ethylbenzene;dehydrogenation;catalyst;ferric oxide

10.3969/j.issn.1008-1267.2015.04.005

O643

A

1008-1267（2015）04-0014-02

2015-03-05

辽宁省教育厅资助项目（L2014245）

李君华（1982-），男，讲师，主要研究方向：分子筛材料的合成及应用。