The isomerization of m-xylene is carried out in a flow type micro-reactor at atmoshperic pressure and at 350℃ with cation-exchanged, dealuminated and pore size-controlled various types of zeolite catalysts to investigate the effect of acid site on activity and selectivity and the shape selectivity phenomena.
As the activation temperature is elevated, selectivity on isomerization to disproportionation is gradually supressed. The product distribution seems to indicate the fact that isomerization is related to Bronsted acid site and disomerization to Lewis acid site.
Activity increases and selectivity on isomerization to disproportionation decreases sharply by aluminum leaching from mordenite. This fact is attributed respectively to the increase of the stronger acid site and the effective pore size of mordenite by aluminum leaching.
$C_8$-aromatics distribution is compared in $Ba^{2+}$ ion-exchanged mordenite, zeolite Y and L to investigate shape selectivity phenomena. Zeolite Y and L don't show shape selectivity in the experimental condition, but mordenite shows the special shape selectivity due to exchange of $Ba^+$ and $Mg^{2+}$ ion.
From reaction of mesitylene, such a shape selectivity phenomena results in transition state shape selectivity.
mordenite,zeolite Y 및 L의 양이온 교환, aluminum 추출 및 $Ba^{2+}, Ca^{2+}$ 이온에 의한 세공 크기 조절에 의해 촉매의 물리 및 화학적 성질을 변화시킴으로써 m-xylene의 이성질화 반응을 통하여 활성과 선택도에 미치는 산점과 세공 크기의 영향 특히 shape selectivity 현상을 구명하려 했다.
500℃ 부터 800℃ 까지 활성화 온도를 증가시켜 산점의 세기와 분포를 변화시킴으로써 이성질화 반응은 Bronsted 산점이, 불균화 반응은 Lewis 산점이 관여한다고 생각된다.
aluminum 추출한 modernite 는 Si/Aℓ 비가 증가함에 따라 총괄 전화율은 증가하고 불균화 반응에 대한 이성질화 반응의 선택도는 감소한다. 이는 각각 보다 센 산점과 유효 세공 크기의 증가에 기인된 것으로 해석된다.
$Ba^{2+}$ 나 $Mg^{2+}$ 이온으로 세공 크기가 조절된 zeolite 상에서 shape selectivity 현상을 관찰한 결과 zeolite Y나 L은 본 실험 조건에서 shape selectivity를 보여 주지 않고 mordenite는 현저한 shape selectivity를 나타낸다. mesitylene의 반응으로부터 이러한 현상은 transition state shape selectivity 이고 1,3,5-TMB은 1,2,4-TMB의 분자내 이성질화 반응 생성물 임을 알 수 있었다.
한편, 여러 양이온으로 치환된 zeolite X상에서 xylene 이성질체들 사이의 선택적인 흡착을 이용하여 $C_8$-aromatics로 부터 각 이성질체들을 분리하려는 시도가 동실험실에서 있었고(42), zeolite와 각 이성질체들 사이의 화학적인 상호 작용에 의해 분리가 된다고 믿어져 온 Parex 공정과는 대조적으로 zeolite의 세공 크기와 각 이성질체들의 기하학적인 요인으로 인해 분리 될수 있다는 가능성이 보고되어 왔다는 것을 부언한다.
