Fe2O3/MCM-41催化乙苯脫氫反應的研究

李君華，張丹，李雪

（遼寧工業大學化學與環境工程學院，遼寧錦州121001）

·科技論文·

Fe2O3/MCM-41催化乙苯脫氫反應的研究

李君華，張丹，李雪

（遼寧工業大學化學與環境工程學院，遼寧錦州121001）

以正硅酸乙脂（TEOS）為硅源，十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）為模板劑，合成了MCM-41介孔分子篩，采用等體積浸漬法制備了一系列Fe2O3/MCM-41催化劑。考察了Fe2O3負載量對催化劑乙苯脫氫性能的影響。結果表明，Fe2O3在催化劑中的質量分數為60%時，乙苯脫氫的轉化率和選擇性最佳，分別為17.15%和80.87%。

乙苯；脫氫；催化；三氧化二鐵

乙苯脫氫制苯乙烯是石油化工生產的一個重要過程，而苯乙烯是生產塑料和合成橡膠的重要有機原料，主要用于制造聚苯乙烯樹脂，丁苯橡膠彈性體，離子交換樹脂等材料[1～3]。乙苯脫氫工藝的技術關鍵是研制高效的乙苯脫氫催化劑。乙苯脫氫催化劑已由初期使用的鋅系、鎂系催化劑逐步過渡到綜合性能更優異的鐵系催化劑，鐵系催化劑是以Fe2O3為主要活性組分，但其比表面積較小，所以催化劑的活性受到了限制[4，5]。

1992年，美國Mobil公司首先合成出了介孔分子篩材料M41S系列，其中的MCM-41具有六方堆積一維長程有序的直孔道結構。MCM-41具有高比表面積、大的孔容、孔道結構規整、孔徑尺寸可調、結構穩定性較好以及表面可進行無機、有機改性等優點，近年來，MCM-41作為多相催化劑的優良載體備受關注[6，7]。

將Fe2O3負載到MCM-41介孔分子篩上，可以有效的增大其比表面積，提高其作為乙苯脫氫催化劑的催化活性。苯乙烯的收率只要增加幾個百分點，即可增加巨大的經濟效益。

1 實驗部分

1.1 制備催化劑

準確稱取2.1 g十六烷基三甲基溴化銨溶于200mL蒸餾水中，放在錐形瓶中，在磁力攪拌器上攪拌，加入一定量濃氨水調節pH值恒定（pH= 11.7），快速加入7mL硅酸乙酯，室溫下連續攪拌5 h，抽濾、洗滌、烘干。然后移入馬弗爐中，550℃焙燒8h，得到MCM-41分子篩。

采用等體積浸漬法制備不同負載量的Fe2O3/ MCM-41催化劑，將自制的MCM-41載體浸漬于不同濃度的Fe(NO3)3水溶液中，靜置12 h后于110℃下進行烘干，然后放入馬弗爐中，調至600℃焙燒6h。將制備好的催化劑壓片、破碎、過篩至40～60目。

1.2 評價催化活性

催化劑活性評價催化劑活性評價在常壓流動固定床反應系統中進行，催化劑用量為1g，反應溫度630℃，預熱段400℃，乙苯空速為1mL/min。

2 結果與討論

2.1 負載量對催化性能的影響

將浸漬法制備的20%Fe2O3/MCM-41、40%Fe2O3/ MCM-41、60%Fe2O3/MCM-41、80%Fe2O3/MCM-41催化劑用于乙苯脫氫反應實驗中，不同催化劑催化性能如表1所示。

表1 不同負載量Fe2O3/MCM-41的催化性能

從表1可看出，負載型Fe2O3/MCM-41作為催化劑的乙苯的轉化率、苯乙烯選擇性均高于Fe2O3，并且隨著Fe2O3負載量的增加催化劑的乙苯脫氫活性先增后減，負載量為60%時達最高。這可能是由于介孔分子篩具有高比表面，大孔容和大孔徑，Fe2O3與介孔分子篩載體之間存在較強的相互作用，催化劑中Fe2O3小晶粒相的活性高于單層分散相，但是小晶粒相過多又有可能堵塞孔道，而導致催化劑活性下降。

2.2 助劑K對催化性能的影響

以添加KNO3作為助劑K的來源，制備K2OFe2O3（20%）/MCM-41和K2O-Fe2O3（60%）/MCM-41催化劑，并應用于乙苯脫氫的反應，結果見表2。

負載Fe2O3催化劑添加K后活性不但不能提高反而大大下降。這可能是由于介孔分子篩MCM-41不耐堿，在高溫焙燒制備催化劑的過程中強堿性的K可使其孔結構受到破壞。

表2 添加K的催化劑對乙苯脫氫反應的影響

3 結論

采用等體積浸漬法制備出一系列Fe2O3/MCM-41催化劑，并用于催化乙苯脫氫反應。主要研究了Fe2O3負載量和助劑對催化活性的影響。隨著Fe2O3負載量的增加，乙苯轉化率和苯乙烯選擇性先增加后減小，當Fe2O3負載量為60%時，乙苯轉化率和苯乙烯選擇性最高，分別為17.15%和80.87%。添加助劑K后，Fe2O3/MCM-41催化劑的催化性能反而降低。

［1］沈江,陳俊士,洪純芬.苯乙烯生產現狀和發展趨勢[J].現代化工,2011,31(11)∶9-11.

［2］王德堂,李敢,劉鵬升,等.苯乙烯的生產趨勢及應用研究[J].廣東化工,2014,41(14)∶151-152.

［3］劉劍鋒,繆長喜.苯乙烯生產新技術研究進展[J].化學世界, 2013,(7)∶442-447.

［4］印會鳴,林宏,王繼龍,等.乙苯脫氫催化劑的發展現狀[J].工業催化，2012,20(1)∶13-18.

［5］王濤,姚文君,柏介軍,等.氧化鐵尺寸對鐵系乙苯脫氫催化劑性能的影響[J］.石化技術與應用,2011,29(2)∶137-139.

［6］張加贏,辛忠,孟鑫,等.基于MCM-41的鎳基甲烷催化劑活性與穩定性[J].化工學報,2014,65(1)∶160-168.

［7］郭芳,邱澤剛,趙亮富,等.鎢源與浸漬方法對MCM-41負載的NiW基加氫脫氮催化劑的影響[J].天然氣化工（C1化學與化工）,2014,39(5)∶1-6.

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

遼寧省教育廳資助項目（L2014245）

李君華（1982-），男，講師，主要研究方向：分子篩材料的合成及應用。