新型固体酸合成及催化酯化反应的研究

发布时间：2016-11-12 20:21

  本文关键词：新型固体酸合成及催化酯化反应的研究，由笔耕文化传播整理发布。

《江南大学》 2013年

新型固体酸合成及催化酯化反应的研究

章月  

【摘要】：羧酸和醇的酯化是一类经典的有机合成反应，羧酸酯在药品、食品防腐剂、溶剂、化妆品和生物燃料等领域有广泛的应用。目前，工业上酯化反应通常是用无机液体酸催化，这类液体酸虽然催化活性高，但却存在从产物中分离困难、有毒并危险、腐蚀设备和环境污染等弊端，对于传统液体酸催化剂所带来的问题，固体酸催化剂因其催化活性高、易分离回收、无毒安全和环境友好等优点而备受关注。本文采用新的合成方法制备出了多种纳米固体酸催化剂，利用XRD、FT-IR、Raman、TG-DTG、TEM和XPS等表征手段对催化剂的结构和性质进行了详细的分析，并以醋酸和正丁醇的酯化反应为探针，进一步研究纳米固体酸催化剂在酯化反应中的应用。 采用新型水热法合成了一系列纳米SO_4~(2-)/TiO_2固体酸催化剂，考察了载体的结构、水热温度、硫酸浓度和煅烧温度对催化剂结构和性质的影响。水热法制备的锐钛矿结晶的TiO_2热稳定性好、比表面积大并且为介孔结构，是制备SO_4~(2-)/TiO_2固体酸的适宜载体；120℃水热温度下制备的SO_4~(2-)/TiO_2固体酸比表面积最大，强酸和超强酸含量最多；SO_4~(2-)/TiO_2固体酸为细小的纳米颗粒，，平均粒径为8-11nm，催化剂中钛原子与硫组分形成了桥式双配位的结构；随着硫酸浓度的增加，催化剂的含硫量和酸量呈现出先增大后减小的趋势，当硫酸浓度超过1mol/L后催化剂中出现了硫酸根离子和硫酸氢根离子两种硫组分；随着煅烧温度的升高，催化剂的比表面积和酸量逐渐减小，最优的煅烧温度为400℃。酯化反应的最佳工艺条件为:反应温度120℃，n(醋酸):n(正丁醇)=1:2，催化剂用量为1wt%，此条件下使用HST-120-400催化反应120min，醋酸的转化率高达98.09%。SO_4~(2-)/TiO_2固体酸在酯化反应中连续使用4次催化活性下降不明显。 以磷钨酸为W源，采用一步水热法和两步等体积浸渍法分别制备了WO_x/TiO_2固体酸催化剂，研究了制备方法、WO_3的负载量和煅烧温度对催化剂结构和性质的影响。随着WO_3负载量的增加，催化剂的比表面积先增大后变小，WO_3最佳的负载量为10%，当WO_3的负载量超过10%后，W物种就会以WO_3结晶析出；随着煅烧温度的升高，催化剂的比表面积逐渐下降，但是催化剂表面聚合W物种的量逐渐增加；一步法制备的WO_x/TiO_2固体酸比两步法制备的WO_x/TiO_2固体酸的催化活性高，且一步法制备的WO_x/TiO_2固体酸在酯化反应中的重复使用5次催化活性基本未下降；通过酸中心的选择性毒化实验发现主要是WO_x/TiO_2催化剂的Br nsted酸性中心对酯化反应起到了催化作用。

【关键词】：
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：O643.36
【目录】：

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