硅胶固载离子液体的制备及其催化合成聚甲醛二甲醚性能的研究

发布时间：2017-03-22 12:09

  本文关键词：硅胶固载离子液体的制备及其催化合成聚甲醛二甲醚性能的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：聚甲醛二甲醚(DMMn)是一种含氧绿色环保燃料,与柴油各项物理、化学性质类似,作为含氧燃料添加到柴油中,无需对柴油发动机进行改造,并且混合到柴油中可以改善柴油在柴油发动机中的燃烧性能,增加柴油燃料的十六烷值,有效提高柴油发动机的热效率,大幅度地减少柴油机尾气中氮氧化物NOx和固体颗粒物PM的排放。离子液体作为合成聚甲醛二甲醚的新型绿色环保催化剂,其具有化学性质稳定、不易挥发、催化反应条件温和催化活性高等优点,然而离子液体存在合成成本高,与催化产物难分离等问题,限制了其工业化应用。本文首先研究了咪唑类四种离子液体催化剂,以甲醇与三聚甲醛(TOX)为原料,催化合成聚甲醛二甲醚,得出n-磺酸丁基咪唑硫酸氢盐([SO3H-(CH2)3-HIM][HSO4])具有最高的催化活性,三聚甲醛的转化率和DMM3-8的选择性达到了95.34%和49.45%,其催化合成聚甲醛二甲醚最佳的工艺条件为:离子液体催化剂使用量2.0wt%、原料醇醛摩尔比6/3、反应温度100℃、反应时间3h和反应压力1.0MPa。针对离子液体与催化产物难分离,不能重复使用等缺点,本文采用溶胶-凝胶法直接对n-磺酸丁基咪唑硫酸氢盐离子液体进行固载,采用FTIR、TG、BET以及元素分析等表征手段研究了合成催化剂的结构、热稳定性以及孔性质。在离子液体合成聚甲醛二甲醚最佳工艺条件下以及离子液体的固载量为14.30%时,三聚甲醛的转化率以及DMM3-8的选择性为95.46%和49.10%,催化剂重复利用四次,仍然具有较好的催化活性,同时催化产物与催化剂容易分离,然而溶胶-凝胶法直接对离子液体进行负载,离子液体固载不够牢固,在使用过程离子液体容易流失。本文为了解决溶胶-凝胶法固载离子液体不够牢固等问题,在溶胶-凝胶法基础上,采用硅烷偶联剂3-氯丙基三甲氧基硅烷,把n-磺酸丁基咪唑硫酸氢盐离子液体通过化学键嫁接到硅胶上,FTIR、TG、BET以及元素分析等表征表明,硅烷化离子液体已经成功嫁接到硅胶上。在离子液体合成聚甲醛二甲醚最佳工艺条件下以及硅烷化离子液体的固载量为15.81%时,三聚甲醛的转化率以及DMM3-8的选择性为95.37%和48.49%;催化剂重复利用四次,离子液体负载量、TOX转化率与DMM3-8选择性仍然可达14.53%、94.29%和45.04%,由此得出化学嫁接法是一种有效的固载离子液体方法,其制备工艺简单,合成的硅胶固载硅烷化离子液体催化剂具有催化活性高,固载离子液体不易流失,重复利用性好。
【关键词】：固载化离子液体 溶胶-凝胶法 嫁接 聚甲醛二甲醚
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O643.36;TQ517
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-26
• 1.1 我国能源概况与环境9-11
• 1.1.1 我国能源9-10
• 1.1.2 我国环境10-11
• 1.2 含氧柴油燃料的研究进展11-16
• 1.2.1 醇类燃料12-13
• 1.2.2 脂类燃料13-14
• 1.2.3 醚类燃料14-16
• 1.3 聚甲醛二甲醚16-22
• 1.3.1 聚甲醛二甲醚性质16-17
• 1.3.2 聚甲醛二甲醚的合成原料以及反应机理17-19
• 1.3.3 合成聚甲醛二甲醚催化剂的研究19-22
• 1.4 负载型离子液体催化剂的合成22-24
• 1.4.1 物理吸附法固载离子液体22-24
• 1.4.2 化学嫁接法固载离子液体24
• 1.5 本文研究意义及内容24-26
• 1.5.1 研究意义24-25
• 1.5.2 研究内容25-26
• 第二章 实验部分26-31
• 2.1 实验试剂与设备26-27
• 2.1.1 实验试剂26
• 2.1.2 实验设备26-27
• 2.2 表征仪器与方法27-28
• 2.2.1 元素分析仪27
• 2.2.2 红外光谱仪(FT-IR)27
• 2.2.3 N_2吸附-脱附分析仪27
• 2.2.4 热重分析仪(TG)27-28
• 2.3 聚甲醛二甲醚合成反应以及催化产品分析28-31
• 2.3.1 聚甲醛二甲醚合成反应28
• 2.3.2 催化产品气相色谱分析28-31
• 第三章 咪唑类离子液体催化合成聚甲醛二甲醚的研究31-42
• 3.1 咪唑类四种离子液体的酸性考察32
• 3.2 四种离子液体催化合成聚甲醛二甲醚活性考察32-34
• 3.2.1 四种离子液体催化合成DMM_n反应步骤32-33
• 3.2.2 四种离子液体催化反应活性33-34
• 3.3 液体催化合成DMM_n工艺条件考察34-39
• 3.3.1 原料醇醛比的影响34-35
• 3.3.2 离子液体用量影响35-36
• 3.3.3 反应温度的影响36-37
• 3.3.4 反应时间影响37-38
• 3.3.5 反应压力影响38-39
• 3.4 聚甲醛二甲醚在含水酸性体系中的稳定性39-40
• 3.5 本章小结40-42
• 第四章 溶胶-凝胶法固载离子液体催化合成聚甲醛二甲醚42-49
• 4.1 实验部分42-43
• 4.1.1 溶胶-凝胶法制备固载型离子液体催化剂42-43
• 4.1.2 硅胶固载化离子液体催化剂催化合成DMMn反应步骤43
• 4.2 硅胶固载型离子液体催化剂的表征43-46
• 4.2.1 FT-IR谱图分析43-44
• 4.2.2 热重分析(TG)44-45
• 4.2.3 元素分析45
• 4.2.4 N_2吸附-脱附表征45-46
• 4.3 硅胶固载化离子液体催化剂催化活性46-48
• 4.3.1 离子液体的固载量对催化合成DMMn的影响46-47
• 4.3.2 固载化离子液体催化剂重复利用性47
• 4.3.3 硅胶固载型离子液体催化剂与纯离子液体催化效果对比47-48
• 4.4 本章小结48-49
• 第五章 化学嫁接法固载离子液体催化合成聚甲醛二甲醚49-57
• 5.1 实验部分49-51
• 5.1.1 化学嫁接法制备硅胶负载型离子液体催化剂49-50
• 5.1.2 硅胶负载硅烷化离子液体催化剂催化合成DMM_n反应步骤50-51
• 5.2 嫁接法得到的固载硅烷化离子液体催化剂的表征51-53
• 5.2.1 FT-IR谱图分析51-52
• 5.2.2 热重分析52
• 5.2.3 素分析52-53
• 5.2.4 N_2吸附-脱附表征53
• 5.3 硅烷嫁接法得到的硅胶负载硅烷化离子液体催化剂催化活性53-56
• 5.3.1 硅烷化离子液体的固载量对合成DMMn的影响54-55
• 5.3.2 固载硅烷化离子液体催化剂重复利用性55-56
• 5.3.3 硅胶固载硅烷化离子液体粤纯离子液体催化效果对比56
• 5.4 本章小结56-57
• 第六章 实验总结与展望57-59
• 6.1 总结57-58
• 6.2 展望58-59
• 参考文献59-65
• 致谢65-67
• 硕士学习期间主要科研成果67

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 曹建喜;董松祥;商红岩;徐春明;;甲醇柴油的研究进展[J];现代化工;2010年06期

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本文编号：261477