高分散型Pd-M(O)双金属催化苯酚氧化羰基化合成碳酸二苯酯

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苯酚氧化羰基化法是由苯酚、CO、O2在催化剂的作用下直接制得碳酸二苯酯的绿色合成线路。从80年代开始,国内外研究者对该法做了大量研究,但由于该反应催化剂的活性低、价格贵,与其它两种方法(光气法和酯交换法)相比,还无法满足工业生产的要求。因此该工艺的关键点在于对高活性、高寿命以及高选择性的催化剂进行筛选,尤其是非均相负载钯型催化剂。在制备和使用这类非均相负载钯型催化剂的过程中,存在活性中心易烧结团聚,催化剂易失活(Pd0的产生)、催化剂稳定性差等问题。氧化还原助剂和制备方法对催化剂的催化活性影响很大,因此,本文研究了第二金属组分Cu和Ni的添加对活性组分及载体的影响,探究了不同制备方法对负载钯型催化剂催化活性的影响,并结合XRD、H2-TPR、TEM、XPS和EDS对催化剂的表征,探讨了影响其催化性能的原因;选取合适催化剂,对苯酚氧化羰基化合成碳酸二苯酯的工艺条件进行了优化。1.以Hollandite型氧化物Pb2-xMn8O16为载体采用沉淀法制备了一系列的PdCu,PdNi双金属催化剂。低负载量的双金属催化剂中,活性组分分散度很高,使得Pd物种在反应中被还原成Pd0后将更容易氧化再生为Pd2+;第二金属组分Cu或Ni与Pb2-xMn8O16之间产生较强的相互作用,改变了载体表面的Mn元素分布,提升了催化剂的储氧能力,同时Pd与Cu或Ni也存在较强的相互作用,并改变了Pd 3d轨道的电子结构,从而促进了催化反应中Pd2+?Pd0之间的快速循环,提高了DPC的收率。其中,Pd1Cu1、Pd1Cu2、Pd1Cu4、Pd1Ni4催化剂在催化苯酚氧化羰基化合成DPC反应4h之后收率最高,分别22.2%、23.4%、21.5%和22.8%,相较于单金属催化剂9.8%活性提升了12%左右。2.以沉淀法制得的Pd1Cu4为催化剂,在间歇搅拌式反应釜中合成DPC的优化合成条件为:反应温度65℃,总压5MPa,O2含量7%,搅拌转速600r/min,反应时间16小时。在此条件下,DPC收率可达40.6%。3.以Hollandite型氧化物Pb2-xMn8O16为载体,采用液相沉积还原法,分别以NaBH4、甲醛和乙二醇为还原剂制备了三种Pd/Pb2-xMn8O16催化剂。NaBH4的强还原性破坏了载体Pb2-xMn8O16的结构;与甲醛相比,以乙二醇为还原剂所得的纳米钯粒子在载体上的分布更加均匀,Pd粒子的平均尺寸为4.1 nm,而且还原剂的加入降低了催化剂表面的Mn元素价态,提高了表面氧空位的数量,进而有利于氧物种的迁移,促进Pd0向活性Pd2+转化,其催化苯酚氧化羰基化24h后DPC的收率可达37.5%。4.以Pb2-xMn8O16为载体,采用光还原法和强静电吸附制备了一系列的负载Pd型催化剂,相比于沉淀法制备的大颗粒Pd催化剂,光还原法和强静电吸附法制备的催化剂中活性组分Pd以准原子级颗粒均匀分布在载体表面。其中Pd-Ph与Pd-SEAopt催化苯酚氧化羰基化合成DPC4h后,DPC的收率分别为19.5%和16.6%,均高于相同反应条件下由液相沉淀还原法制备的Pd/Pb2-xMn8O16催化剂的活性。
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