物質移動のベクトル制御が可能なゼオライト触媒膜を用いた遂次反応の中間体選択生成

使用沸石催化剂膜在连续反应中选择性生成中间体，从而实现传质的矢量控制

基本信息

批准号：
13126201
负责人：
増田隆夫
金额：
$ 6.78万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

中間体を目的物質として逐次反応を実施する際,反応率と選択率の両者を同時に向上させるものとして,構造体触媒であるゼオライト触媒膜が考えられる。そこで、MFI型ゼオライト膜型反心器を用いてメタノールの反応を行い、中間体であるオレフィンの選択合成(MTO反応)を検討した。緻密な膜は反応率55〜98%でオレフィン選択率が80%を越えた。この膜の選択性の向上のためには、メタノール供給側の活性点(酸点)を不活性化する必要がある。そこで、最小分子径の異なるシラン化合物を用いて酸点に化学吸着させ、分解することでSi原子を含むコークを生成後、酸化することで酸点上にSiO_2粒子を形成させることで酸点を不活性化した。本法にトリフェニルシランを用いることで、ゼオライト結晶外表面の酸点を選択的に不活性化できることを見いだした。その結果、反応率5〜70%の範囲でオレフィン選択率90%を実現した。さらに、膜透過速度の向上を目的として、ゼオライトナノクリスタルを積層した膜が高い選択性を維持しながら透過速度を向上できることを見いだした。そこで、まずW/Oエマルション技術により約100nmの単分散MFI型ゼオライトナノクリスタルの調製法を開発した。ついで、その結晶を用いて触媒膜を作製し,原料と生成物の膜透過速度の向上を図った。その結果、透過速度を10倍以上に向上できた。さらに、シラン処理することで、芳香族の生成を無視小にできることに成功した。

沸石催化剂膜是一种结构化催化剂，在使用中间体作为目标物质进行顺序反应时，可以同时提高反应速率和选择性。因此，我们使用MFI型沸石膜反应器进行甲醇反应，并研究了烯烃中间体的选择性合成（MTO反应）。致密膜的反应率为55-98%，烯烃选择性超过80%。为了提高该膜的选择性，需要使甲醇供应侧的活性位点（酸性位点）失活。因此，利用不同最小分子直径的硅烷化合物，将其化学吸附到酸性位点上，分解生成含有Si原子的焦炭，然后在酸性位点上氧化形成SiO_2颗粒而失活。我们发现，通过在该方法中使用三苯基硅烷，可以选择性地灭活沸石晶体外表面上的酸性位点。结果，在反应率为5％至70％的范围内实现了90％的烯烃选择性。此外，为了提高膜的渗透率，我们发现层压沸石纳米晶体的膜可以在保持高选择性的同时提高渗透率。因此，我们首先开发了一种利用W/O乳液技术制备约100 nm的单分散MFI型沸石纳米晶的方法。接下来，利用该晶体制备了催化剂膜，并提高了原料和产品的膜渗透率。结果，我们能够将传输速率提高10倍以上。此外，通过硅烷处理，我们成功地减少了芳香族化合物的产生。