含铜类水滑石催化剂的制备、表征和催化性能研究

发布时间：2017-10-05 23:13

  本文关键词：含铜类水滑石催化剂的制备、表征和催化性能研究

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【摘要】：类水滑石是一类由带正电荷的层板和层间填充带负电荷的阴离子组成的层状化合物,由于其独特的层状结构和特殊的物理化学性质,使其在催化领域具有广泛的应用。类水滑石及以其为前驱体制备的复合氧化物作为催化剂应用于许多有机合成反应中,显示出了良好的催化性能且可多次重复利用。因此,开发新型的以类水滑石及其衍生的复合氧化物作为催化剂,具有高效、易分离、绿色环保和高稳定性等优点越来越受到研究者的重视。C-N偶联反应和醛的氧化酯化反应是有机合成中构建C-X键的有效途径,是催化领域研究的重点之一。本论文以类水滑石CuZnAl和CuZnMgAl为前驱体制备的复合氧化物作为催化剂用于咪唑与碘苯的C-N偶联反应中,将类水滑石CuMgAl应用于催化甲苯与苯甲醛的氧化酯化反应中。首先采用共沉淀-并加法制备了一系列Cu/Zn/Al摩尔比不同的类水滑石,经600℃焙烧后制得复合氧化物催化剂,对催化剂进行了XRD、BET、AAS、H2-TPR、TG-DTA、XPS等表征,考察了这些催化剂在咪唑与碘苯合成1-苯基咪唑反应中的催化性能。结果表明,当Cu/Zn/Al摩尔比为2：1：1时,其活性组分Cu分散均匀且催化性能达到最佳,在130℃空气气氛中,KOH存在的条件下,反应24 h,1-苯基咪唑的产率可达到85.8%。其次,采用共沉淀-并加法制备了四元类水滑石CuZnMgAl-LDH,以其为前驱体制得了复合氧化物CuZnMgAl-LDO,对复合氧化物催化剂进行了XRD、BET、H2-TPR、TG-DTA等表征,并将其用于咪唑与碘苯合成1-苯基咪唑的C-N交叉偶联反应中。最后,采用共沉淀-并加法制备了一系列Cu/Mg/Al摩尔比不同的类水滑石,通过XRD、BET、H2-TPR、XPS、AAS等表征,考察了催化剂在苯甲醛与甲苯合成苯甲酸苄酯反应中的催化性能。由实验结果可知,Cu2Mg1Al1-LDH的催化性能最好,苯甲酸苄酯的产率达到了81.0%,实现了氧化酯化反应在多相催化体系中的进行。
【关键词】：含铜类水滑石 复合氧化物 C-N偶联反应 酯化反应
【学位授予单位】：内蒙古师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 中文摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 文献综述9-29
• 1.1 C-N交叉偶联Ullmann反应的研究背景9-12
• 1.1.1 铜催化C-N交叉偶联Ullmann反应的研究进展9-11
• 1.1.2 含铜类水滑石催化的C-N交叉偶联反应的研究进展11-12
• 1.2 过渡金属催化醛(或醇)的氧化酯化反应的研究进展12-16
• 1.2.1 铜催化醛(或醇)的氧化酯化的反应12-14
• 1.2.2 钯催化醛(或醇)的氧化酯化反应14-16
• 1.3 水滑石类化合物概述16-20
• 1.3.1 水滑石类化合物的结构及组成16-17
• 1.3.2 水滑石类化合物的性质17
• 1.3.3 水滑石类化合物的制备方法17-18
• 1.3.4 水滑石类化合物的应用18-20
• 1.4 论文的研究思路20-22
• 参考文献22-29
• 2 实验部分29-35
• 2.1 实验试剂与仪器29-31
• 2.2 含铜类水滑石的制备31-32
• 2.2.1 三元含Cu类水滑石的制备31
• 2.2.2 四元含Cu类水滑石的制备31
• 2.2.3 含铜复合氧化物的制备31-32
• 2.3 催化剂的表征32-33
• 2.3.1 X-射线衍射(XRD)分析32
• 2.3.2 原子吸收光谱(AAS)分析32
• 2.3.3 N_2物理吸附-脱附(N_2 adsorption-desorption)分析32
• 2.3.4 氢气程序升温还原(H_2-TPR)分析32
• 2.3.5 X-射线光电子能谱(XPS)分析32
• 2.3.6 差热-热重(TG-DTA)分析32-33
• 2.4 催化剂催化性能的评价33
• 2.4.1 含铜复合氧化物催化C-N交叉偶联反应33
• 2.4.2 含铜类水滑石催化甲苯与苯甲醛的氧化酯化反应33
• 2.4.3 催化剂回收使用33
• 2.5 产物的分析测试33-35
• 3 以类水滑石CuZnAl为前驱体制备的催化剂对C-N交叉偶联反应的研究35-45
• 3.1 引言35
• 3.2 CuZnAl-LDO的表征结果35-39
• 3.2.1 XRD表征结果35-36
• 3.2.2 AAS的表征结果36
• 3.2.3 N_2物理吸附-脱附表征结果36-37
• 3.2.4 H_2-TPR表征结果37-38
• 3.2.5 XPS表征结果38
• 3.2.6 TG-DTA表征结果38-39
• 3.3 CuZnAl-LDO的催化性能测试结果39-44
• 3.3.1 Cu含量对偶联反应的影响39-40
• 3.3.2 Cu_2Zn_1Al_1-LDO催化剂的用量对偶联反应的影响40-41
• 3.3.3 碱的种类对偶联反应的影响41
• 3.3.4 碱的用量对偶联反应的影响41-42
• 3.3.5 Cu_2Zn_1Al_1-LDO催化剂稳定性的研究42-43
• 3.3.6 底物扩展实验43-44
• 3.4 小结44-45
• 4 以类水滑石CuZnMgAl为前驱体制备的催化剂对C-N交叉偶联反应的研究45-54
• 4.1 引言45
• 4.2 CuZnMgAl-LDO的表征结果45-50
• 4.2.1 XRD表征结果45-46
• 4.2.2 N_2物理吸附-脱附表征结果46
• 4.2.3 H_2-TPR表征结果46-47
• 4.2.4 TG-DTA表征结果47-50
• 4.3 CuZnMgAl-LDO的性能测试结果50-53
• 4.3.1 铜催化剂的种类对偶联反应的影响50-51
• 4.3.2 物料比对偶联反应的影响51
• 4.3.3 碱和溶剂的种类对偶联反应的影响51-52
• 4.3.4 铜催化剂用量对偶联反应的影响52-53
• 4.4 小结53-54
• 5 类水滑石CuMgAl催化剂催化甲苯与苯甲醛的氧化酯化反应的研究54-64
• 5.1 引言54
• 5.2 Cu_xMg_3-xAl_1-LDH的表征结果54-59
• 5.2.1 XRD表征结果54-55
• 5.2.2 N_2物理吸附-脱附表征结果55-56
• 5.2.3 H_2TPR的表征结果56-57
• 5.2.4 XPS的表征结果57-58
• 5.2.5 AAS的表征结果58-59
• 5.3 催化剂性能测试结果59-63
• 5.3.1 铜含量对甲苯与苯甲醛的氧化酯化反应的影响59-60
• 5.3.2 Cu_2Mg_1Al_1-LDH催化剂用量对甲苯与苯甲醛的氧化酯化反应的影响60
• 5.3.3 氧化剂种类对甲苯与苯甲醛的氧化酯化反应的影响60-61
• 5.3.4 反应温度甲苯与苯甲醛的氧化酯化反应的影响61
• 5.3.5 底物扩展实验61-62
• 5.3.6 Cu_2Mg_1Al_1-LDH催化剂稳定性的研究62-63
• 5.4 小结63-64
• 参考文献64-67
• 6 结论67-69
• 附录169-75
• 附录275-83
• 硕士期间学术论文创作与发表情况83-84
• 致谢84

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