新型環(huán)氧化催化劑可為環(huán)氧丙烷生產(chǎn)提供改進(jìn)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(chǎn)的。較古老的氯醇化路線的特點(diǎn)是投資較高，對環(huán)境影響較大。最近的發(fā)展重點(diǎn)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(jīng)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(chǎn)近50%的其它生產(chǎn)商使用三種有機(jī)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(chǎn)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(yīng)最小，希望在產(chǎn)物分離之前轉(zhuǎn)化所有的過氧化氫。為了實(shí)現(xiàn)過氧化氫的完全轉(zhuǎn)化，需要在接近反應(yīng)器出口的位置保持高溫，這會(huì)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(xué)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(xué)基金會(huì)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(tǒng)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(yīng)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(yīng)器出口條件下使用乙苯過氧化氫進(jìn)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(jìn)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(yīng)中心。分層允許較大的過氧化氫進(jìn)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(yīng)中使用分層鈦硅沸石是否具有優(yōu)勢。

根據(jù)“化學(xué)工程進(jìn)展”中的文章，BMS和伯克利集團(tuán)正在與環(huán)氧丙烷生產(chǎn)商一起測試其催化劑樣品，并正在合成新的可規(guī)?；拇呋瘎悠贰Ｍ话l(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(yīng)體系，包括Sn-沸石催化的Bayer-Villager酮氧化制酯的反應(yīng)。