炭基固体酸催化剂的制备及其对酯化反应的应用研究

发布时间：2016-12-04 10:32

  本文关键词：炭基固体酸催化剂的制备及其对酯化反应的应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

《西北农林科技大学》 2012年

炭基固体酸催化剂的制备及其对酯化反应的应用研究

张文娟  

【摘要】：酸催化反应是现代化学工业中的重要反应类型之一，均相酸催化剂的优点是成本低、酸性强、催化效率高，但易造成设备腐蚀，催化剂与反应体系难以分离，大量废液排放引起环境污染等缺点。在当前倡导绿色化学和可持续发展的大背景下，以环境友好的固体酸催化剂代替液体酸是大势所趋，炭载磺酸型固体酸催化剂成为的目前酸催化反应的研究热点。为了进一步提高炭催化剂的催化性能，了解不同来源炭催化剂对不同酯化反应的催化活性。本文以椰壳、木粉和煤三种商品活性炭为原料，通过重氮盐还原法制备炭催化剂，采用比表面积仪和反滴定法测定炭催化剂的理化性质，并以油酸的酯化反应为模型以筛选催化性能较好的炭催化剂，然后将其用于脂肪酸和芳香酸的酯化反应中，通过考察反应的酯化率来评价该固体酸催化剂的催化活性，并与商品催化剂Amberlyst-15、Nafion NR50、Nafion SAC-13和浓硫酸作对照。为进一步提高固体酸催化剂的催化性能，我们以废弃物松木粉为原料，经过炭化和活化处理自制活性炭，再通过重氮盐还原反应制备出炭催化剂，然后将其用于乙酸的酯化反应，并与固体酸催化剂Amberlyst-15、Nafion SAC-13和Nafion NR50做比较，考察其催化性能。研究结果如下： （1）活性炭原料对炭催化剂理化性质和催化活性具有显著的影响，煤基活性炭制备的催化剂（AC-SO_3H）的磺酸基密度最高，达到0.64mmol·g~-1，其催化活性也最好，可以使油酸与乙醇的酯化在反应温度80°C，反应时间6h的条件下，酯化率达到69.70%。 （2）AC-SO3H催化剂的磺酸基密度随着使用次数的增加有所下降，可以稳定重复使用三次。 （3）在直链脂肪酸与乙醇的酯化反应中，反应10h，AC-SO3H对于正癸酸酯化反应的酯化率为49.20%，十四酸的酯化反应的酯化率为74.83%；油酸的酯化反应的酯化率为58.31%，均高于Amberlyst-15，Nafion SAC-13和Nafion NR50。说明与现有的商品固体酸催化剂相比，AC-SO3H催化剂对于较长碳链的脂肪酸的酯化反应具有明显的优势。 （4）将AC-SO_3H催化剂用于芳香酸与乙醇的酯化反应，结果表明，对于苯甲酸的酯化反应时，10h酯化率为19.37%，远低于浓硫酸的10h酯化率（82.12%）。对于苯乙酸和3-苯丙酸的酯化反应，10h酯化率分别为89.42%和91.33%，略低于浓硫酸的催化效果。结果表明，随着苯环上炭链长度的增加，AC-SO_3H催化剂的催化效果增强。 （5）以农林废弃物松木粉为原料，经过炭化和活化处理制备活性炭，最佳的ZnCl_2质量分数为60%，炭化温度为500°C；再通过苯磺酸重氮盐还原反应制备出的炭催化剂，，其比表面积可达到1364m~2·g~-1，磺酸基密度为1.36mmol·g~-1。在乙酸的酯化反应中，在反应温度80°C时，反应10h，炭催化剂催化乙酸的转化率为78.50%，这一结果仅次于Amberlyst-15，高于Nafion NR50和Nafion SAC-13。结果表明，自制的炭催化剂的性能完全可以与现有的商品催化剂竞争，表现出了很好的优越性。

【关键词】：
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：O643.32
【目录】：

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