1. 研究目的与意义
α-蒎烯作为双环萜类，是松节油等天然精油的主要成分，因为其环内存在双键，易于发生反应，生成多种化合物，产物中莰烯、苧烯等单环、双环化合物在精细化工、制药、食品等领域均有广泛的应用。以H-丝光沸石为催化剂，对α-蒎烯进行催化异构反应，通过产物在不同反应时间的变化情况，探索反应机理过程；通过热处理改变H-丝光沸石酸性基团数量及酸性基团比例，以提高反应催化活性和产物的选择性。最终通过优化催化剂制备条件、反应时间、温度、催化剂用量等条件，获得最优的反应结果。
2. 国内外研究现状分析
松节油是世界上产量最大的一种天然芳香油,年产量约27 万t ,我国年产量为6 万t ,居世界第二位。在20 世纪中叶,以松节油为原料发展合成香料的研究日趋活跃,美国、日本等国在这方面取得了很大的进展。我国松节油的深加工起步较晚,技术还很不成熟,仍处于品种数量少,生产规模小,附加值低,以原料的形式出口为主的现状。以松节油为原料进行深加工开发附加值高的产品是目前的一个研究热点。松节油中的主要成分是α-蒎烯,在我国所产的松节油中含量在60 %以上,而且α-蒎烯具有较好的化学活性,对α-蒎烯进行氧化、分子重排、异构化等,能获得一系列的化工中间体或产品。
α-蒎烯异构化反应产物主要有莰烯、三环烯、柠檬烯、α-松油烯、异松油烯、对异丙基甲苯等。α-蒎烯催化异构反应的主要中间体是α-蒎烯不可逆转而形成的三中心非典型碳正离子,它是形成所有异构产物的前驱物。在此基础上分别生成单环(柠檬烯及柠檬烯的第二阶段反应生成物) 与双、三环萜烯(莰烯、三环烯）。
在松节油深加工利用中,α-蒎烯催化异构的研究已经取得了较大的进展,但工业化的产品较少,其原因主要是异构化产物多,分离困难,同时催化剂在反应过程中容易积炭,导致催化剂稳定性下降。因此我们认为以后的研究重点是:
3. 研究的基本内容与计划
α- 蒎烯是其松节油主要成分, 松节油大量被用作溶剂, 产品附加值不高. 通过异构化、热解、氧化、酯化、加成、氢化和聚合等可进行深加工。α- 蒎烯催化异构化反应产物主要有莰烯、三环烯、柠檬烯、α- 松油烯、异松油烯等, 其应用价值得到大幅提高。
微孔分子筛 (如 zsm-5、β沸石、丝光沸石等) 具有均匀的孔道结构、适宜的酸性以及良好的水热稳定性, 已成为重要的石油化工催化材料。
分子筛是由硅铝酸盐组成的多孔性固体酸,具有特殊的骨架和均匀的孔隙结构。采用不同的原料及合成方法,可形成不同的骨架结构,可通过焙烧、酸化、离子交换等后续处理方法来修饰结构,增大其内外表面积,提高活性与选择性;进行缩孔扩孔处理可使其具有择形功能。
4. 研究创新点
丝光沸石是人类认识最早的沸石之一，有天然和合成两种。我国山西一带蕴藏有丰富的丝光沸石资源。由于丝光沸石具有更高的硅铝比，所以它比y型沸石具有更高的热稳定性、抗水蒸气性及耐酸性等，作为一种性能优良的催化剂，丝光沸石已经广泛用于催化裂化，正构烷烃、环烷烃和芳烃异构化，烷基化，歧化与烷基转移，重整，脱蜡降凝，甲醇氧化等石油石化工业过程。此外，在精细化工、农业、建材、环保等领域的应用也前景广阔。
沸石固体酸催化剂具有对环境友好、副产物少且易处理、不腐蚀设备、可在700k~800k范围内使用，且具有较高的选择性和寿命，在经济上也有相当优势，因而在精细化工领域显示出良好的应用前景。
丝光沸石是一种架状硅铝酸盐，具有特殊结构。其结构决定了丝光沸石具有优良的选择性、吸附性、选择性离子交换、催化反应性、耐酸耐碱性、高热稳定性和耐辐射性，对不同种类、不同大小分子、不同极性物质具有分子筛功能。
