The isomerization of trimethylbenzenes was investigated over cation-exchanged dealuminated mordenite to study the shape-selective catalytic phenomena.
Higher temperature for pretreatment and reaction favored the formation of disproportionation products. It seems that the isomerization reaction proceeds via intramolecular 1.2-methyl shift and the disproportionation reaction proceeds via intermolecular transalkylation.
In the isomerization of 1,2,4-trimethylbenzene, the percentage of 1,3,5-isomer decreased with prolonged reaction time, while that of 1,2,3-isomer remained constant. This may be due to the narrowing of the one-dimensional mordenite channel caused by the coke formation.
The isomerization of 1,2,4-trimethylbenzene was investigated over $La^{3+}$, $Ba^{2+}$ and $Cs^+$ exchanged dealuminated mordenite to see the effect of cation size on the shape selectivity. In the case of $Ba^{2+}$ exchanged catalyst, the amount of 1,3,5-isomer formed decreased with increasing the degree of $Ba^{2+}$ exchange, while that of 1,2,3-isomer remained constant. For the reaction of 1,3,5-trimethylbenzene the total conversion decreased with increasing the degree of $Ba^{2+}$ exchange and the selective formation between 1,2,4-isomer and 1,2,3-isomer was not observed. These results suggest that the effective pore diameter of $Ba^{2+}$ exchanged dealuminated mordenite lies somewhere between 8.1Å and 8.6Å.
모더나이트 촉매상에서 알루미늄을 추출시킨 뒤, 양이온 교환에 의한 세공크기 조절에 의해 촉매의 물리 및 화학적 성질을 변화 시키므로서 트리메틸벤젠의 이성질화 반응의 선택도에 미치는 세공 크기의 영향, 즉, Shape-Selectivity현상을 구명하려고 했다.
전처리 온도가 증가함에 따라 총괄전 화율과 동종간 주고받기반응 생성물이 증가하였고, 반응온도를 250℃, 300℃, 350℃ 로 증가 시켜가면 생성물의 분포에 큰 변화가 나타난다. 반응온도가 증가함에 따라 동종간 주고받기 반응은 활발해졌고 이성질화 반응은 거의 영향이 없었다. 또한 반응온도가 낮을수록 O-크실렌이 많이 생성되는점 등으로 보아 이성질화 반응은 분자내 1.2-메틸 전이에 의하여 주로 진행되고 동종간 주고받기 반응은 Transalkylation 에 의한 것으로 생각된다.
반응시간이 경과함에 따라 1,3,5-이성질체가 현저히 감소하고 1,2,3-이성질체는 변화가 거의 없는 점으로 보아서 일차원적인 세공을 갖는 모더나이트의 경우 비가역적인 코크스 생성으로 세공의 감소현상이 나타나는 것으로 생각된다.
알루미늄 추출한 모더나이트를 바륨 교환시킴에 따라 1,2,4이성질체를 반응시켰을때는 생성물에 의한 Selectivity 현상이 관찰되었고 1,3,5-이성질체의 경우에는 반응물에 의한 Selectivity 현상이 나타났다.
그러나, 란타늄이온이나 세슘이온이 치환된 경우에는 그 경향이 미약한 점으로 보아 모더나이트의 세공크기는 1.34Å 의 바륨이온에 의해 8.1Å과 8.6 Å 사이에서 조절되고 트리메틸벤젠의 이성질화 반응에 대해 뚜렷한 Shape-Selectivity 현상을 보이는 것으로 결론 지을 수 있다.
