[发明专利]一种高活性丙烯气相环氧化催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高活性丙烯气相环氧化制备环氧丙烷的催化剂Fe₂O₃‑MoO₃‑Bi₂SiO₅及其制备方法，所述催化剂，用于空气、分子氧或N₂O为氧化剂的丙烯气相环氧化制环氧丙烷反应中，反应条件温和且无需添加任何抑制剂，具有较高的催化活性。本发明的催化剂以Bi₂SiO₅纳米片为载体，MoO₃为活性组分，Fe₂O₃为助剂，该催化剂的摩尔组成为，Si/Bi为0.1‑1，Mo/Bi为0.01~1，Fe/Mo为0.05~1。其中载体Bi₂SiO₅纳米片采用水热法合成，活性组分MoO₃及助剂铁氧化物采用超声辅助浸渍法将钼及铁前驱体浸渍到载体上制得该催化剂。

技术领域

本发明属于石油化工催化剂制备方法领域，更具体地说，涉及一种环氧丙烷催化剂及其制备方法，尤其以丙烯气相环氧化制环氧丙烷的催化剂及其制备方法。

背景技术

环氧丙烷（Propylene oxide），简称PO，又名甲基环氧乙烷或氧化丙烷，是无色、具有醚类气味的易挥发性液体。环氧丙烷是一种重要的化工原料，在丙烯衍生物中，它是仅次于聚丙烯和丙烯腈之后的第三大衍生物，同时它也是全球最大的 50 种化学品之一。环氧丙烷主要用于生产聚醚多元醇，并进一步加工成软硬聚氨酯泡沫塑料，也用于生产丙二醇、二丙二醇等，还可以用于生产羟基纤维素等，在化工、医药、食品和轻工等行业应用广泛。现存生产PO的工艺主要有氯醇法和直接氧化法。氯醇法由于反应步骤多，对设备要求高，同时要求原料品种多，工艺联产品量大，而市场对 PO 与其联产品的需求不匹配，废水 COD 含量高等方面制约了该工艺的进一步扩大生产。直接氧化法的副产物仅为水，不污染环境，丙烯转化率及 PO 的选择性都较高，但双氧水价格昂贵，运输过程存在风险。因此，新型的、可替代的生产工艺成为业界和各课题组的研究热点，特别是以分子氧为氧化剂，气相一步环氧化合成 PO，更是在催化领域成为“Holy Gail”。

为了能同时减少环境污染和降低生产成本，以氧气为氧化剂，丙烯直接气相环氧化制环氧丙烷一直是人们努力解决的难题。其中以铁为催化中心，氧气为氧化剂的环氧化路线引起了人们的关注。Berenguer-Murcia等(Journal of Catalysis, 2016, 338:154-167)以二氧化硅为载体，通过一步溶胶凝胶法制备Fe-SiO₂催化剂，以分子氧为氧源，在350℃得到5.5%的丙烯转化率和33.6%PO选择性。随后该课题组又以K和Ca碱金属为助剂，研究了K/Ca-Fe-SiO₂在丙烯环氧化中的性能(Applied Catalysis A: General, 2017, 538:139-147)。在反应温度450 ℃下得到65.5%PO选择性和1.4%的丙烯转化率。但这些催化剂普遍存在着催化活性较低和明显的失活问题，其离工业化尚有很大距离。