新型環(huán)氧化催化劑可為環(huán)氧丙烷生產提供改進途徑

環(huán)氧丙烷是制造聚氨酯、丙二醇和丙烯碳酸酯的重要中間體。工業(yè)環(huán)氧丙烷是通過丙烯氯氫化(氯醇化)或氧化(環(huán)氧化)途徑生產的。較古老的氯醇化路線的特點是投資較高，對環(huán)境影響較大。最近的發(fā)展重點是改善環(huán)氧化路線。陶氏(與巴斯夫合作)和贏創(chuàng)(Evonik)等幾家公司已經將使用過氧化氫的丙烯氧化路線商業(yè)化。占全球環(huán)氧丙烷生產近50%的其它生產商使用三種有機過氧化物(叔丁基過氧化氫、過氧化氫乙苯或過氧化氫異丙苯)中的一種在固定床中生產環(huán)氧丙烷，通常使用的催化劑為鈦基氧化催化劑(例如TiO2/無定形SiO2)。

為了使分離過程中的副反應最小，希望在產物分離之前轉化所有的過氧化氫。為了實現過氧化氫的完全轉化，需要在接近反應器出口的位置保持高溫，這會損失環(huán)氧丙烷的選擇性，并加速催化劑失活。

加利福尼亞大學伯克利分校的研究人員與一家創(chuàng)業(yè)公司——伯克利材料解決方案公司(Berkeley Materials Solutions，BMS)在美國國家科學基金會的資助下開發(fā)了一種有前途的新型環(huán)氧化催化劑，與傳統的鈦-無定型二氧化硅催化劑相比，該催化劑在環(huán)氧丙烷反應器的末端具有更高的選擇性和更低的失活速率。該新型氧化催化劑基于鈦硅沸石(Ti-UCB-4)，通過將硼硅酸鹽(B-SSZ-70)前體分層，并用鈦原子代替沸石材料晶格框架表面上的硼原子制備。這些專利聲稱，在模擬丙烯氧化反應器出口條件下使用乙苯過氧化氫進行模型化合物(1-辛烯)的環(huán)氧化研究中，與常規(guī)催化劑相比，改進的催化劑在穩(wěn)定狀態(tài)下選擇性提高14%，活性提高55倍，這些新型催化材料還不易失活。

沸石骨架對于控制雜原子中心的催化活性非常重要，雜原子是路易斯酸催化的環(huán)氧化反應中心。分層允許較大的過氧化氫進入沸石表面。這些專利沒有公開在使用過氧化氫的氧化反應中使用分層鈦硅沸石是否具有優(yōu)勢。

根據“化學工程進展”中的文章，BMS和伯克利集團正在與環(huán)氧丙烷生產商一起測試其催化劑樣品，并正在合成新的可規(guī)模化的催化劑樣品。同一發(fā)明人的其它專利描述了新型分層金屬雜原子分子篩催化劑(帶其它雜原子)的其它氧化反應體系，包括Sn-沸石催化的Bayer-Villager酮氧化制酯的反應。