سنتز، شناسایی و بهینه سازی یک کاتالیست اسیدی جامد جهت آلکیلاسیون بنزن توسط اولفین ها، جداسازی و شناسایی محصولات

چکیده آلکیل بنزن های خطی مهمترین ماده ی اولیه ی بکار رفته در تولید شوینده ها هستند. بیشترین میزان تولید این مواد طی واکنش آلکیلاسیون بنزن با اولفین های خطی با استفاده از کاتالیزور های اسیدی همگن طی واکنش فریدل-کرافتس (hf و alcl3) بدست می آید. این کاتالیزور ها باعث ایجاد خوردگی در دستگاه ها و آسیب به محیط زیست می شوند. امروزه کاتالیزور های اسیدی جامد که به راحتی قابل بازیابی باشد و معایب کاتالیزور های همگن را نیز نداشته باشند مورد توجه بسیار واقع شده اند. در این تحقیق سه دسته از مواد کاتالیزوری اسید جامد مورد بررسی قرار گرفت. نمونه های سیلیکا- آلومینای بی شکل با نسبت های سیلیکا به آلومینای متفاوت و زئولیت های موردنیت (4/6 = sio2/al2o3) و y (6/3 و 8/2 = sio2/al2o3) سنتز شده و پس از پروتون دار نمودن به شیوه ی تبادل یونی برای انجام واکنش آلکیلاسیون بنزن با اولفین ها بکار گرفته شد. کانی های رسی بنتونیتی (تجاری و طبیعی) پس از آماده سازی توسط سولفوریک اسید غلیظ اصلاح شده و سپس به منظور افزایش پایداری با الیگومر کاتیون های آلومینیوم (کاتیون کگین al13) پیلارد شده و فعالیت کاتالیزوری آن ها برای تولید آلکیل بنزن خطی با استفاده از اولفین های خطی (1-دکن، 1-دودکن و خوراک صنعتی p404) مورد ارزیابی قرار گرفت. خواص فیزیکی-شیمیایی همه ی نمونه ها و تاثیر اصلاحات انجام شده بر روی این خواص با روش های مختلف طیف سنجی پراش اشعه ی ایکس، طیف سنجی فلورسانس اشعه ی ایکس، تجزیه ی حرارتی، طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه، تصویر برداری میکروسکوپ الکترونی روبشی، جذب و واجذب گاز نیتروژن و واجذب برنامه ریزی شده ی حرارتی آمونیاک مورد ارزیابی قرار گرفت. واکنش های کاتالیزوری در داخل یک واکنش گاه سیستم پیمانه ای از جنس فولاد ضد زنگ 316 در دماها و نسبت های مولی متفاوت از بنزن و اولفین انجام شد. محصولات و باقیمانده های واکنش آلکیلاسیون به شیوه ی کروماتوگرافی گازی با آشکارساز یونیزاسیون شعله ای جداسازی و شناسایی شد. نمونه های سیلیکا-آلومینا ی بی شکل بازده کاتالیزوری قابل توجهی نشان ندادند. زئولیت موردنیت اسیدی در شرایط بهینه (دمای 145 درجه ی سانتیگراد، نسبت مولی بنزن به 1-دکن 15:1 و در مدت زمان 135 دقیقه) به ترتیب 9/26 درصد تبدیل و 0/72 % گزینش پذیری نسبت به ایزومرهای 2- و 3- فنیل دکان نشان داد. با وجود درصد تبدیل پایین گزینش پذیری خوبی نسبت به ایزومرهای زیست تجزیه پذیر بدست آمد. نمونه های کاتالیزوری اسیدی شده ی زئولیت yبا نسبت سیلیکا به آلومینای 8/2 و 6/3 که به ترتیب h-y1 و h-y2 نامیده شدند، در شرایط بهینه (دمای 130 درجه ی سانتیگراد، نسبت مولی بنزن به ا-دکن 15:1 و در مدت زمان 180 دقیقه) به ترتیب 7/94 و 2/98 درصد از 1-دکن را تبدیل نموده و به ترتیب 7/71 و 7/65% گزینش پذیری نسبت به ایزومرهای زیست تجزیه پذیر نشان دادند. نتایج حاصله برای آلکیلاسیون بنزن با 1- دودکن برای h-y1 و h-y2 به ترتیب 2/64 و 3/67 درصد تبدیل و 5/42 و 2/42% گزینش پذیری نسبت به ایزومرهای زیست تجزیه پذیر بدست آمد. نمونه ی h-y2 به دلیل دارا بودن نسبت سیلیکا به آلومینای بالاتر خاصیت اسیدی بیشتری از خود نشان داد و به همین دلیل فعالیت بیشتری نیز در واکنش آلکیلاسیون دارد. فعالیت این کاتالیزور ها در دمای بالاتر از 135 درجه ی سانتیگراد به دلیل تولید محصولات جانبی درشت مولکول و انسداد حفره ها کاهش پیدا کرد. این کاتالیزور ها امکان بازیابی کامل و استفاده ی مجدد نداشتند. نمونه های کانی رسی بنتونیتی (تجاری و طبیعی) پس از آماده سازی با سولفوریک اسید غلیظ (2 و 4 مولار) اصلاح شد و سپس با استفاده از الیگومر کاتیون های آلومینیوم (کاتیون کگین al13) پیلارد شدند. فعال سازی منجر به افزایش حجم کلی حفرات (tpv) و میزان اسیدیته ی کلی آن ها نسبت به نمونه های اولیه شد. بر اثر پیلارد نمودن مساحت سطح و جایگا ه های اسیدی در این مواد لایه ای افزایش یافت. واکنش الکیلاسیون بنزن با اولفین ها (1-دکن، 1-دودکن و خوراک صنعتی واحد تولید آلکیل بنزن خطی در شرکت سرمایه گذاری صنایع شیمیایی ایران (p404)) بر روی این کاتالیزور های اصلاح شده ی بنتونیتی در شرایط مختلف دمایی و نسبت های مولی بنزن به اولفین انجام شد و شرایط بهینه بدست آمد، در واکنش آلکیلاسیون بنزن با 1-دکن ضمن اینکه درصد تبدیل های بالای 98% در شرایط بهینه بدست آمد هیچ گونه واکنش جانبی مشاهده نشد و گزینش پذیری مناسبی نسبت به ایزومرهای زیست تجزیه پذیر بدست آمد. میزان فعالیت کاتالیزور در واکنش آلکیلاسیون بنزن با 1-دودکن و p404 نسبت به 1-دکن کاهش داشت. این کاتالیزور ها به روش های ساده ی حرارتی قابل بازیابی هستند و طی سه مرحله بازیابی تغییری در خواص کاتالیزوری آنها مشاهده نشد. ضمن اینکه به راحتی در دسترس هستند و آلودگی زیست محیطی ندارند به شیوه های مقرون به صرفه از لحاظ اقتصادی اصلاح می شوند و می توانند بعنوان کاتالیزور اسید جامد در واکنش آلکیلاسیون بنزن با اولفین ها به منظور تولید آلکیل بنزن های خطی مورد استفاده قرار بگیرند. کلید واژه ها: آلکیل بنزن خطی، کاتالیزور اسیدی جامد، سیلیکا-آلومینای بی شکل، زئولیت y، زئولیت موردنیت، بنتونیت، پیلارد کردن، فعال سازی با اسید