[发明专利]一种具有磁性核的焙烧水滑石催化剂、制备及用于甲苯侧链甲醛烷基化反应

说明书

一种具有磁性核的焙烧水滑石催化剂、制备及用于甲苯侧链甲醛烷基化反应，属于磁性催化剂和石油化工技术领域。在磁性Fe₃O₄核表面快速形成一层介孔SiO₂壳层，制备SiO₂@Fe₃O₄纳米球。然后以磁性SiO₂@Fe₃O₄纳米球为核，采用超声波、尿素超均匀沉淀、水热晶化等方法，在磁性SiO₂@Fe₃O₄纳米球表面原位合成出不同Mg/Al比、具有LDHs壳层的LDHs@SiO₂@Fe₃O₄材料，再经过焙烧，制备出一系列具有磁性核和LDO壳层的新型磁性LDO@SiO₂@Fe₃O₄酸碱双功能催化剂。用于甲苯侧链甲醛烷基化生成苯乙烯催化反应。

技术领域

本发明涉及一种具有磁性核的焙烧水滑石催化剂的制备方法及其用于甲苯侧链甲醛烷基化反应，属于磁性催化剂和石油化工技术领域。

背景技术

苯乙烯是重要的化工基本原料，主要用于生产聚苯乙烯、丁苯橡胶.ABS 树脂.不饱和树脂等产品，还可用于染料、制药等领域，在化工行业中占有重要的地位。目前，大部分的苯乙烯是首先通过苯和乙烯的烷基化生成乙苯、再经乙苯催化脱氢制得，这种二步法生产苯乙烯的工艺流程较长、副反应多、能耗高、设备投资比较大。因此，新的苯乙烯生产工艺的开发一直是化工领域的研究热点。

在众多的苯乙烯生产新工艺中，甲苯侧链用甲醇烷基化一步生成苯乙烯被认为具有很好的工业应用前景。1967年Sidorenko等首次报道甲苯、甲醇在碱金属离子交换的X型和Y型分子筛催化剂上可反应生成苯乙烯和乙苯(Y.N. Sidorenko,P.N.Galich,V.S.Gutrya,V.G.Il’in,I.E.Neimark.Condensation of toluene and methanol uponsynthetic zeolites containing ion exchange cations of alkalimetals.Dokl.Akad.Nauk.SSSR,1967,173(1):132-134)，提出的反应机理是甲醇首先在催化剂的碱中心脱氢生成甲醛、然后与甲苯侧链反应烷基化生成苯乙烯，乙苯是由苯乙烯加氢生成的。

从近几十年的研究结果看，甲苯侧链甲醇烷基化生成苯乙烯的催化剂主要是碱金属改性的分子筛催化剂(He Han,Min Liu,Fanshu Ding,Yiren Wang, Xinwen Guo,Chunshan Song.Effects of Cesium Ions and Cesium Oxide in Side-ChainAlkylation of Toluene with Methanol over Cesium-Modified Zeolite X.Ind.Eng.Chem.Res.2016,55:1849-1858)。对于反应历程，大部分研究者的共识是甲醇首先在碱中心作用下脱氢生成甲醛；甲苯稳定吸附在催化剂酸中心上，同时分子筛骨架氧作为碱中心活化甲苯侧链甲基产生碳负离子；然后与甲醛反应生成苯乙烯(A.E.Palomares,G.Eder-Mirth,M.Rep,J.A.Lercher.Alkylation of Toluene over Basic Catalysts--Key Requirements for Side Chain Alkylation.Journal of Catalysis,1998,180(1):56-65)。因此，甲苯侧链甲醇烷基化的催化剂需要足够强度和数量的碱中心以催化甲醇脱氢生成甲醛，并且活化甲苯甲基C-H键生成甲基碳正离子，同时甲苯的苯环需要由酸中心吸附和稳定。由此可见，甲苯侧链甲醇烷基化是以碱活性位催化为主的酸碱协同催化反应。