吡啶碱合成工艺研究（一）

吡啶是吡啶苯环上一个碳原子被氮原子取代后所形成的六元杂环化合物。吡啶及烷基吡啶通称为吡啶碱，碱合究主要包括吡啶、成工2-甲基吡啶、艺研3-甲基吡啶、吡啶4-甲基吡啶等。碱合究吡啶系列原料作为化学工业品，成工是艺研生产高附加值精细化工产品的重要有机原料，广泛应用于医药、吡啶农药、碱合究染料、成工香料、艺研饲料添加剂、吡啶食品添加剂、碱合究橡胶助剂及合成材料等领域。成工

1924年，Chichbabin提出了以醛和氨为原料，大批量生产吡啶碱的工业方法，经过对催化剂的不断改进，产率已由上世纪50年代的40%～50％提高到约80％。目前，世界上95％的吡啶碱是以醛和氨作为原料，经催化合成而得。目前合成吡啶的催化剂主要是ZSM-5分子筛及各种改性的ZSM-5分子筛，但由于ZSM-5的骨架由两种交叉的孔道系统组成，孔道内容易堵塞，同时ZSM-5分子筛表面酸中心强度高，在反应过程中易积碳失活，此类分子筛作催化剂，吡啶和吡啶碱收率都偏低，因而寻找一种高活性和抗积碳的催化剂是吡啶合成工艺的关键。与ZSM-5分子筛相比，SAPO-41分子筛是由十元环组成的一维椭圆形孔道，且酸强度比较低，能够有效避免孔道堵塞或者表面积碳失活。将不同金属Me（如Si、Fe、Co、Mn、Mg等）取代磷酸铝分子筛骨架中的Al引入骨架，在不改变骨架结构的前提下可大大提高其酸性和催化性能，其中Mg取代的MgAPOs分子筛具有特殊的酸性和氧化还原性能，一直为分子筛合成的一个研究热点。

1.实验部分

1.1试剂与仪器

试剂：甲醛，自制；乙醛，自制；氨。仪器：固定床反应器，科幂公司；1100高效气相色谱仪，安捷伦科技有限公司；D8Advance衍射仪，德国Bruker公司；Sp-100傅立叶变换红外分光光度计，美国PE公司；S-4800型扫描电子显微镜，HITACHI公司。

1.2催化剂制备

将拟薄水铝石（折合成Al₂O₃含量为70％）、Mg（NO₃）₂·6H₂O、质量浓度为85％的磷酸、DPA（二正丙胺）、去离子水按计量的摩尔比搅拌均匀制成凝胶后，加热至180℃下晶化48h，经过滤、洗涤，于110℃下干燥12h，650℃下焙烧7h后制得。

1.3吡啶碱的合成

（1）将MgAPO-41分子筛装入固定床微型反应器反应管的恒温区，温度550℃、氮气流速10～50mL/min的条件下活化1h，然后降温至反应温度，并将活化后的MgA-PO-41分子筛置于固定床微型反应器的催化剂床层。

（2）将甲醛、乙醛混合制成原料液，用计量泵将原料液连续注入固定床微型反应器的催化剂床层，同时通入氨气反应，氨气流速20～60mL/min，控制反应温度300℃～450℃，压力0.01～2MPa，即完成MgAPO-41分子筛作催化剂制备吡啶。

2.催化剂表征

2.1表征方法

用衍射仪对MgAPO-11分子筛进行结构表征。在电压40kV，管电流40mA下，波长1.5404Å的Cu靶Kα射线，用石墨单色器，扫描角度5～55o。

用傅立叶变换红外分光光度计，根据1540cm^-1和1450cm^-1处左右峰的面积来计算B酸和L酸中心浓度。采用扫描电子显微镜对MgAPO-41分子筛的形貌进行分析，测试的条件为：加速电压5kV，电流为8.2μA。比表面积、孔体积、平均孔径用静态容量法测定。

2.2表征结果

（1）催化剂酸性

为了比较不同Mg含量的MgAPO-41分子筛的酸性，采用NH3-TPD法对样品进行表征，具体结果如表1。

由表1可知，随着Mg含量增加，催化剂中的酸量增加，这说明Mg引入到酸铝分子筛可以有效地调节所合成样品的酸量。

（2）氮气物理吸附数据

从表2可知，随着镁引入量的增大，MgAPO-41分子筛样品的外表面积和介孔孔容均呈递减趋势，而微孔表面积和微孔孔容则随着镁引入量的增大而增大，这说明在一定范围内增大初始凝胶中的Mg含量仍然能够合成出孔道结构完好的MgAPO-41分子筛。

3.催化剂反应性能评价

为了研究MgAPO-41分子筛的结构、酸性对其催化性能的影响规律，将合成的系列MgAPO-41分子筛用于吡啶碱合成反应，具体影响如下所述。

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