[发明专利]一种生产均四甲苯的催化剂的合成方法及应用

说明书

本发明提供一种生产均四甲苯的催化剂的合成方法及应用，以晶粒尺寸为210nm～300nm间可调的小晶粒ZSM‑5分子筛做载体，再经过碱处理、铵交换、挤条成型、酸处理、金属盐溶液浸渍，焙烧得到生产均四甲苯催化剂，所合成的催化剂具有表面酸性增强、高表面积、高择形性、高活性、高稳定性的特点，应用于甲醇和二甲苯制备均四甲苯中，反应温度低，均四甲苯收率为30％～38.2％，均四甲苯在产物中的纯度能达到94％～97.1％。

技术领域

本发明属于均四甲苯催化剂材料技术领域，涉及一种生产均四甲苯的催化剂的合成方法及应用。

背景技术

均四甲苯(1,2,4,5-四甲基苯)俗称杜烯，英文名称是1,2,4,5-tetramethyl-benzene or durene，是一种重要的有机化工原料，主要用于生产均苯四甲酸二酐(1,2,4,5-苯甲酸二酐或均酐，PMDA)。

近几年来，均苯四甲酸二酐的用途不断扩大，如均酐与4,4-二氨基联苯醚反应可以合成聚酰亚胺。聚酰亚胺是一种耐高温、低温、耐辐射、抗冲击且具有优异电性能和机械性能的新型合成材料,在航和机电工业中具有其它工程塑料不可替代的重要用途。随着聚酰亚胺的市场用量不断扩大，均四甲苯作为合成聚酰亚胺的主要原料，其需求量也与日俱增。

国内外许多科技工作者对均四甲苯的制备工艺进行了一系列的探索，开发出许多不同的工艺路线。大体上可分为分离法和合成法：分离法包括C₁₀重芳烃馏份精馏、冷冻结晶和分步结晶提纯；乙醇精制法；C₁₀重芳烃馏份蒸馏、吸附分离等。合成法包括三甲苯甲醇烷基化；偏三甲苯氯甲基化；三甲苯异构化歧化；再加氢裂解得均四甲苯及偏三甲苯；甲醇和偏三甲苯在择型沸石催化剂上合成均四甲苯；四甲苯异构化等。但工艺尚不成熟，并未形成一定的工业化生产规模。

综上所述，均四甲苯用途广泛，附加值高，是重要的精细化工原料。因此，改善均四甲苯的质量、提高均四甲苯的收率、开发高收率和高转化率的均四甲苯合成工艺路线和催化剂不仅具有潜在的、巨大的社会经济效益；而且能满足我国宇航工业对于新型工程材料的需求，对于我们的经济和国防建设具有极其重要的战略意义。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种生产均四甲苯的催化剂的合成方及应用，为新的合成工艺提供反应活性高、稳定性好的高效催化剂。本发明成功采用廉价模板剂，制得了高结晶度、尺寸均匀、晶粒尺寸在210nm～300nm间可调的小晶粒ZSM-5分子筛载体，经过一系列改性，得到生产均四甲苯的ZSM-5催化剂。该催化剂可催化甲醇和二甲苯或催化甲醇和含有二甲苯的混合芳烃，制备均四甲苯，其在催化均四甲苯合成反应中表现出良好的活性和稳定性，具有很好的工业应用前景。

本发明的技术方案如下：

一种生产均四甲苯的催化剂的制备方法，包括如下步骤：

S1将硅源、铝源、碱源、正丁胺、去离子水、ZSM-5晶种混合均匀，形成混合液，将混合液加入搅拌釜中，调节搅拌速率为100r/min-400r/min，然后将混合液在40℃-190℃下晶化12h-120h，将晶化得到的固体产物经洗涤、干燥、焙烧得到ZSM-5分子筛载体；

S2将步骤S1中的ZSM-5分子筛载体进行碱处理、铵交换、挤条成型、酸处理、金属盐溶液浸渍，焙烧得到生产均四甲苯催化剂；

步骤S1混合液体系(晶化反应体系)中OH^-:SiO₂:A1₂O₃:正丁胺:水的摩尔配比是2-4:7-15:0.1-1:0.5-5:300-1100。

优选步骤S1混合液体系(晶化反应体系)中OH^-:SiO₂:A1₂O₃:正丁胺:水的摩尔配比是2.3-3.5:10-13.5:1:2.5-5.5:250-400。