酸堿雙功能介孔SiO2催化劑的制備及催化性能研究.pdf

1、自從MCM-41問世以來，有序介孔材料成為人們研究的熱點。在催化領(lǐng)域中，介孔材料由于本身的結(jié)構(gòu)特性是多相催化劑的理想載體。為了連續(xù)催化多步反應(yīng)，人們嘗試著將不同的活性位點同時引入到介孔材料中，這樣可以使之成為多功能催化劑。然而，在酸堿雙功能催化劑的制備過程中，為了有效催化串聯(lián)反應(yīng)，避免酸堿的中和，催化活性位點必須在空間上進行分離。
　　本文以聚苯乙烯球和CTAB作為雙模板，采用兩步共縮聚的方法成功合成了雙殼層中空介孔SiO2雙功能

2、催化劑，聚苯乙烯球作為核模板產(chǎn)生中空結(jié)構(gòu)，CTAB則作為共模板引導(dǎo)殼壁上介孔的形成。同時，雙殼層結(jié)構(gòu)的設(shè)計使得酸性位點和堿性位點可以位于兩個不同的殼層上，實現(xiàn)了酸堿活性位點的空間分離。中空結(jié)構(gòu)的引入增大了介孔SiO2的比表面積，縮短了反應(yīng)物和產(chǎn)物進出催化劑的路徑。然后，利用XRD、FT-IR光譜、氮氣吸附脫附、差熱-熱重、固體核磁共振、SEM和TEM等對催化劑進行了一系列的表征。結(jié)果表明，所合成的介孔SiO2球具有規(guī)則的中空結(jié)構(gòu)，殼壁是

3、由兩個相鄰的介孔殼組成，并且作為酸性催化中心的Al2O3和作為堿性催化中心的氨丙基被成功地引入到了介孔殼中。在合成的過程中，通過改變合成條件，制備了不同硅鋁比的催化劑以及只含鋁和只含氨的單功能催化劑。
　　為了對催化劑的催化性能進行評價，以所合成的介孔SiO2作為催化劑，在110℃下催化苯甲醛二甲縮醛與氰乙酸乙酯的Deacetalization-Knoevenagel串聯(lián)催化反應(yīng)，并且對水在反應(yīng)中的作用進行了研究。催化結(jié)果表明，只

4、有雙功能催化劑才能有效催化酸堿串聯(lián)反應(yīng)，而水的加入將促進酸催化反應(yīng)的進行，但是對堿催化的反應(yīng)影響不大。在上述條件下，催化劑Al-SiO2@SiO2-NH2-25的催化活性最高，反應(yīng)20 min后，苯甲醛二甲縮醛完全轉(zhuǎn)化為苯甲醛；反應(yīng)40 min后，最終產(chǎn)物的收率達到了97.1％。催化劑流失實驗及重復(fù)利用實驗表明，催化劑具有很高的穩(wěn)定性。同時，以雙功能介孔SiO2作為催化劑，在90℃和N2保護的條件下，對苯甲醛二甲縮醛與硝基甲烷之間的De