新型环氧化催化剂可为环氧丙烷生产提供改进途径

环氧丙烷是制造聚氨酯、丙二醇和丙烯碳酸酯的重要中间体。工业环氧丙烷是通过丙烯氯氢化(氯醇化)或氧化(环氧化)途径生产的。较古老的氯醇化路线的特点是投资较高，对环境影响较大。最近的发展重点是改善环氧化路线。陶氏(与巴斯夫合作)和赢创(Evonik)等几家公司已经将使用过氧化氢的丙烯氧化路线商业化。占全球环氧丙烷生产近50%的其它生产商使用三种有机过氧化物(叔丁基过氧化氢、过氧化氢乙苯或过氧化氢异丙苯)中的一种在固定床中生产环氧丙烷，通常使用的催化剂为钛基氧化催化剂(例如TiO2/无定形SiO2)。

为了使分离过程中的副反应最小，希望在产物分离之前转化所有的过氧化氢。为了实现过氧化氢的完全转化，需要在接近反应器出口的位置保持高温，这会损失环氧丙烷的选择性，并加速催化剂失活。

加利福尼亚大学伯克利分校的研究人员与一家创业公司——伯克利材料解决方案公司(Berkeley Materials Solutions，BMS)在美国国家科学基金会的资助下开发了一种有前途的新型环氧化催化剂，与传统的钛-无定型二氧化硅催化剂相比，该催化剂在环氧丙烷反应器的末端具有更高的选择性和更低的失活速率。该新型氧化催化剂基于钛硅沸石(Ti-UCB-4)，通过将硼硅酸盐(B-SSZ-70)前体分层，并用钛原子代替沸石材料晶格框架表面上的硼原子制备。这些专利声称，在模拟丙烯氧化反应器出口条件下使用乙苯过氧化氢进行模型化合物(1-辛烯)的环氧化研究中，与常规催化剂相比，改进的催化剂在稳定状态下选择性提高14%，活性提高55倍，这些新型催化材料还不易失活。

沸石骨架对于控制杂原子中心的催化活性非常重要，杂原子是路易斯酸催化的环氧化反应中心。分层允许较大的过氧化氢进入沸石表面。这些专利没有公开在使用过氧化氢的氧化反应中使用分层钛硅沸石是否具有优势。

根据“化学工程进展”中的文章，BMS和伯克利集团正在与环氧丙烷生产商一起测试其催化剂样品，并正在合成新的可规模化的催化剂样品。同一发明人的其它专利描述了新型分层金属杂原子分子筛催化剂(带其它杂原子)的其它氧化反应体系，包括Sn-沸石催化的Bayer-Villager酮氧化制酯的反应。