固體超強(qiáng)酸的制備、表征及其在酯化反應(yīng)中的應(yīng)用.pdf

1、隨著綠色化學(xué)的倡導(dǎo),“綠色催化”這一全新的概念擺在了我們的面前。固體超強(qiáng)酸具有高活性、高選擇性、低腐蝕、低污染以及容易與反應(yīng)物分離、可重復(fù)利用、熱穩(wěn)定性好等特點,符合綠色催化的要求,因而對固體超強(qiáng)酸的研究成為當(dāng)前的熱點之一。本文論述了固體超強(qiáng)酸催化劑的研究進(jìn)展及其在酯化反應(yīng)中的應(yīng)用。采用溶膠-凝膠法制備了固體超強(qiáng)酸催化劑,考察它們在酯化反應(yīng)中的催化活性。并對催化劑的酸強(qiáng)度、酸結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。具體工作分為兩部分進(jìn)行:一、SO42-/

2、SnO2和SO42-/SnO2-CeO2固體超強(qiáng)酸的制備、表征及應(yīng)用(1)催化劑制備及催化活性考察。用均勻設(shè)計試驗分析得出制備SO42-/SnO2催化劑的最佳制備條件:H2SO4浸漬濃度為3mol/L,焙燒溫度為550℃,焙燒時間3h;SO42-/SnO2-CeO2催化劑的最佳制備條件:CeO2摩爾含量為3％,H2SO4浸漬濃度為2mol/L,焙燒溫度為600℃,焙燒時間為3h。其中焙燒溫度對催化劑的催化活性影響最大。(2)采用Hamm

3、ett指示劑法、IR、TG-DTA、BET分析手段對催化劑物性進(jìn)行表征。結(jié)果表明:SO42-/SnO2和SO42-/SnO2-CeO2催化劑的酸強(qiáng)度最大達(dá)-13.8。SO42-/SnO2和SO42-/SnO2-CeO2固體超強(qiáng)酸的酸中心模型是螯合式雙配位。CeO2加入具有穩(wěn)定SO42-的作用,使其流失變得較為困難,改善了催化劑的結(jié)構(gòu),延遲了SO42-/SnO2-CeO2催化劑的晶化溫度。溶膠-凝膠法所制備的催化劑的比表面積要遠(yuǎn)遠(yuǎn)的大于沉

4、淀-浸漬法。(3)對催化劑的失活機(jī)理進(jìn)行討論,結(jié)果表明用于乙酸正丁酯酯化反應(yīng)的SO42-/SnO2,固體超強(qiáng)酸催化劑失活的主要原因是催化劑表面積碳和SO42-流失。硫損失是SO42-/SnO2-CeO2失活的主要因素。(4)催化劑SO42-/SnO2-CeO2在檸檬酸三丁酯、乙酸松油酯酯化反應(yīng)中的應(yīng)用,討論了影響酯化反應(yīng)的因素,找到了最佳的反應(yīng)條件;催化劑SO42-/SnO2-CeO2顯示了很好的催化活性和選擇性。二、SO42-/TiO

5、2-SnO2固體超強(qiáng)酸的制備與表征(1)催化劑制備及催化活性考察。溶膠-凝膠法制備SO42-/TiO2-SnO2固體超強(qiáng)酸的條件進(jìn)行考察,得出SO42-/TiO2-SnO2催化劑的最佳制備條件:鈦錫摩爾比為3∶1,浸漬H2SO4濃度為2.0mol/L,550℃下焙燒3h。(2)采用Hammett指示劑法、IR、TG-DTA、BET分析手段對催化劑物性進(jìn)行表征。結(jié)果表明SO42-/TiO2-SnO2具有較高的酸強(qiáng)度;催化劑表面SO42-是

6、以螯合狀雙配位方式和載體結(jié)合;SnO2的引入對催化劑SO42-/TiO2-SnO2有較大影響。有利于延遲TiO2晶化溫度;溶膠-凝膠法制備的催化劑SO42-/TiO2-SnO2比表面積要遠(yuǎn)遠(yuǎn)的大于沉淀-浸漬法所制備的。(3)對催化劑的失活進(jìn)行討論,結(jié)果表明SnO2的負(fù)載具有穩(wěn)定SO42-的作用,使催化劑SO42-/TiO2-SnO2在不斷地反應(yīng)過程中,硫流失變得較為困難,從而延長了催化劑的壽命,提高了催化劑的穩(wěn)定性。催化劑失活的主要原因