[发明专利]一种纳米MgO催化剂的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种碱土金属氧化物催化剂的制备方法和应用，具体说是一种纳米MgO催化剂的制备及异丙苯催化氧化制过氧化氢异丙苯的方法。

背景技术

异丙苯氧化生成过氧化氢异丙苯是苯酚丙酮工艺中的一个关键步骤。异丙苯氧化产物过氧化氢异丙苯(CHP)除了用于合成苯酚外，还广泛用于精细化工、高分子材料和有机合成的其它领域。它可作为链式自动氧化反应和聚合反应的引发剂，橡胶硫化的促进剂，有机化合物的氧化剂，CHP还常用于合成过氧化二异丙苯(DCP)，而DCP则是一种用途广泛的精细化学品。随着苯酚化工的日益发展和CHP应用范围的不断扩大，传统的异丙苯氧化技术已不能适应市场需求，研究和开发新的催化剂和反应工艺势在必行。

传统工业的异丙苯氧化工艺多采用空气自氧化法，反应的初始阶段需要加入CHP作为引发剂，反应一般在温度为110～115℃，存在较长的诱导期，反应速度较慢，时间长。氧化反应中易生成微量有机酸，促使产物CHP分解，收率下降，而CHP分解所生成的苯酚对氧化反应也有抑制作用，因此为防止CHP的过早分解和不必要的副反应发生，工业上异丙苯的转化率一般控制在30％以下。为改善工艺缺陷，在异丙苯氧化反应中加入催化剂，消除诱导期，提高反应速度，缩小反应器规模，特别是提高产物CHP的选择性，成为异丙苯氧化生成过氧化氢异丙苯研发的重点。

《石油学报》中的“碱土金属氧化物催化氧化异丙苯反应研究”，考察了碱土金属氧化物CaO、MgO和SrO在催化氧化异丙苯合成过氧化氢异丙苯反应中的性能。CaO、MgO和SrO催化剂直接由Ca(OH)₂、MgO分析纯试剂和SrCO₃在高温下焙烧制得。在间歇氧化装置中进行对催化剂性能测试，反应6h后，CaO对异丙苯氧化反应的活性最高，异丙苯的转化率达到60％以上，而MgO和SrO分别为42.1％和32.5％。而催化剂对产物的选择性为SrO最高，为65.1％，CaO最低，为55.9％。上述研发的碱土金属催化剂虽然在异丙苯氧化反应中具有催化活性，但是催化剂的选择性较低，CHP选择性最高为65.1％。

本发明提供了一种更加适用于异丙苯催化氧化制过氧化氢异丙苯的纳米MgO催化剂的合成方法，在该反应中，加入本发明制备的纳米MgO作为催化剂，可极大缩短引发时间，加快反应速度，且目标产物CHP的选择性高于96％，有极大的工业应用前景。

发明内容

本发明的目的是针对现有催化剂在异丙苯氧化反应中选择性低或者成本高的技术不足，提供一种纳米MgO催化剂的制备方法和应用。所提供的纳米MgO应用于异丙苯氧化反应中活性较好，产物选择性高，副产物少，反应条件温和，便于操作，可用于工业生产中。

本发明采用的技术方案如下：

一种纳米MgO催化剂的制备方法及应用，催化剂为一种纳米碱土金属氧化物，其催化剂孔径具有1～30nm的介孔结构,其合成过程中所用沉淀剂为氨水。

本发明的技术方案如下：

一种纳米MgO催化剂的制备方法，使用水热合成法包括以下步骤：

1)将Mg(NO₃)₂.6H₂O溶于水和无水乙醇的混合液中，于2水浴中搅拌,Mg(NO₃)₂.6H₂O能够完全溶解于水和无水乙醇的混合液中即可；

2)将氨水溶液在搅拌下滴入上述溶液中，氨水和Mg(NO₃)₂.6H₂O的摩尔比为(2～3):1；

3)滴加结束后，继续搅拌，然后在150℃～170℃温度下晶化；

4)晶化结束后进行水洗、抽滤、干燥焙烧制得纳米MgO催化剂。

所述步骤1)中水和无水乙醇的体积比为(0.5～2):1。

所述步骤1)水浴温度为20℃～60℃；搅拌数据为15min～60min。

所述步骤3)中继续搅拌0.5h～2h。

所述步骤3)中晶化12h～48h。

本合成方法以氨水为沉淀剂，碱强度对于异丙苯氧化制CHP更适合，在Mg(NO₃)₂.6H₂O的溶解过程中加入无水乙醇作溶剂，分布更均匀，同时在一定温度下晶化一定时间后，制备的MgO介孔结构有序性更好，孔径小，比表面积更大，更加有利于MgO催化剂活性位与反应液的充分接触。