Pickering乳液构筑及其强化异丁烯齐聚反应的研究
发布时间：2021-10-18 09:54
异丁烯齐聚反应是其高值化利用的途径之一,液体酸（如:硫酸、离子液体）是该反应的有效催化剂。由于异丁烯在催化剂相中的溶解度较低,反应主要发生在酸烃界面,体系传质受限。Pickering乳液是指利用固体颗粒代替传统表面活性剂稳定的乳液,已被广泛用于提高多相反应的效率。基于Pickering乳液的独特性质,本论文提出以耐强酸乳化剂构筑Pickering乳液强化异丁烯齐聚反应的研究思路,通过在二氧化硅表面接枝功能基团设计了耐强酸的乳化剂,以离子液体催化体系为水相构筑了Pickering乳液,形成纳微反应器,系统研究了构筑乳液条件对其物理化学性质的影响规律,并以其为媒介强化异丁烯齐聚反应的进行。主要研究工作总结如下:（1）提出烷基链和磺酸基改性纳米二氧化硅的策略,获得了憎水性且可耐强酸的乳化剂。将不同链长烷基(即:C1-、C8-或C18-)和烷基磺酸基团接枝到二氧化硅表面,采用FT-IR、TGA、XPS、SEM、EDS等对其组成、形貌和接触角进行了表征。结果表明,所设计基团成功接枝到纳米颗粒表面,改性二氧化硅接触角由22.8°增加...
【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
硫酸催化异丁烯齐聚反应流程图
1绪论81.3.1胶束催化胶束催化这一概念早在1970年代后期就被提出，这一概念描述了超分子聚集体直接进行的催化作用，之后分别由Fendler[95]和LaSorella[96]对关于胶束的类型、特点以及催化机理进行了全面细致的研究，从此胶束催化作为一种新的两相催化体系引起了研究人员的广泛关注。在水相和不混溶有机物存在下，两亲性分子表面活性剂趋于在两相之间起中介平衡作用。当表面活性剂在水溶液中的浓度超过临界胶束浓度（CMC）而形成的聚集体就称为胶束，而在非水溶剂中超过临界胶束浓度时则会形成反胶束，如图1.3所示。胶束的大小范围在5-10nm，通过约50-100个单体的聚集形成纳米级组合处于热力学平衡状态，其中单体在聚集体之间快速交换。胶束的特征是疏水性核心（不与水接触）和亲水性表面（亲水性基团保持暴露于水中）共同作用来确保在溶剂中的溶解性，从而增加两相反应体系的接触面积，增大催化效率。使用表面活性剂是在水相中实现非均相催化的最简单方法之一，胶束环境不仅是以气泡形式的均相催化，而且可作为具有独特设计功能的纳米反应器，在许多反应中得到了广泛应用[96-101]，包括Friedel-Crafts酰化反应、烷基化反应、酯化反应、氧化反应、多组分反应等。图1.3（a）胶束和（b）反胶束示意图[97]Figure1.3(a)Micellesand(b)Reversemicelles.[97]1.3.2表面活性剂稳定的乳液催化表面活性剂是一类具有独特性质的有机化合物，由于其两亲性而具有形成各种聚集体的能力，可以降低两相之间的表面张力或界面张力[102]。表面活性剂
1绪论9的主要特性是亲水亲脂平衡（HLB）、化学结构和电荷[103,104]。表面活化性能使表面活性剂成为优异的乳化剂、分散剂和发泡剂[105]。由表面活性剂稳定的水包油（O/W）或油包水（W/O）的一类两相反应体系统称为乳液体系（如图1.4所示），按照其粒径大小可以分为微乳液(10-100nm)和乳液（0.5-20μm）体系。表面活性剂稳定的乳液已经在制药、洗涤剂、化妆品、油漆、食品科学、纳米技术、光电、生物修复、石油回收、化学转化等领域得到了广泛应用[106]。图1.4表面活性剂稳定的乳液Figure1.4Surfactantstabilizedemulsion.表面活性剂吸附在液体界面时可通过降低界面张力、增加表面弹性、增加电双层排斥力以及增加表面粘度影响乳液稳定性[107]。同样，表面活性剂的性质可以控制乳液中各相的排列，即哪个相将形成分散相、连续相。此外，界面和主体之间的表面活性剂交换会大大降低界面的粘弹性[108]。两亲性分子被用作催化纳米反应器，将具有酸/碱功能化的表面活性剂用在乳液催化体系，从而可以强化烷基化、酯化、醚化等反应。Wang[17]等人提出了一种离子表面活性剂作为添加剂，以强化硫酸催化的异丁烷与工业丁烯烷基化反应。对比研究了季铵盐和季膦盐类表面活性剂为添加剂时的催化活性，发现季铵离子表面活性剂比季膦类表面活性剂具有更优异的改善产物分布的效果，可减少副反应的发生。产物的改善和烷基化油品质的提高可归因于烃在酸中的充分分散，即在反应体系中增强了传质。在最优条件下，产物中C8选择性提高了25wt%，产物的辛烷值（RON）可增加了4.5。表面活性剂催化体系的使用寿命为130次，而无添加剂的硫酸体系寿命为51次。以铵表面活性剂为添加剂的催化体系有望用于工业C4烷基化过程。
【参考文献】：
期刊论文
[1]新型高效Br?nsted酸性离子液体催化剂体系催化烯烃齐聚反应（英文）[J]. 王国芹,宋河远,李瑞云,李臻,陈静. 催化学报. 2018(06)
[2]Recent development of ionic liquid membranes[J]. Junfeng Wang,Jianquan Luo,Shicao Feng,Haoran Li,Yinhua Wan,Xiangping Zhang. Green Energy & Environment. 2016(01)
[3]基于Ni/Al2O3催化的异丁烯二聚反应精馏过程的动力学研究（英文）[J]. 童立威,陈立芳,叶银梅,漆志文. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2015(03)
本文编号：3442610
【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
硫酸催化异丁烯齐聚反应流程图
1绪论81.3.1胶束催化胶束催化这一概念早在1970年代后期就被提出，这一概念描述了超分子聚集体直接进行的催化作用，之后分别由Fendler[95]和LaSorella[96]对关于胶束的类型、特点以及催化机理进行了全面细致的研究，从此胶束催化作为一种新的两相催化体系引起了研究人员的广泛关注。在水相和不混溶有机物存在下，两亲性分子表面活性剂趋于在两相之间起中介平衡作用。当表面活性剂在水溶液中的浓度超过临界胶束浓度（CMC）而形成的聚集体就称为胶束，而在非水溶剂中超过临界胶束浓度时则会形成反胶束，如图1.3所示。胶束的大小范围在5-10nm，通过约50-100个单体的聚集形成纳米级组合处于热力学平衡状态，其中单体在聚集体之间快速交换。胶束的特征是疏水性核心（不与水接触）和亲水性表面（亲水性基团保持暴露于水中）共同作用来确保在溶剂中的溶解性，从而增加两相反应体系的接触面积，增大催化效率。使用表面活性剂是在水相中实现非均相催化的最简单方法之一，胶束环境不仅是以气泡形式的均相催化，而且可作为具有独特设计功能的纳米反应器，在许多反应中得到了广泛应用[96-101]，包括Friedel-Crafts酰化反应、烷基化反应、酯化反应、氧化反应、多组分反应等。图1.3（a）胶束和（b）反胶束示意图[97]Figure1.3(a)Micellesand(b)Reversemicelles.[97]1.3.2表面活性剂稳定的乳液催化表面活性剂是一类具有独特性质的有机化合物，由于其两亲性而具有形成各种聚集体的能力，可以降低两相之间的表面张力或界面张力[102]。表面活性剂
1绪论9的主要特性是亲水亲脂平衡（HLB）、化学结构和电荷[103,104]。表面活化性能使表面活性剂成为优异的乳化剂、分散剂和发泡剂[105]。由表面活性剂稳定的水包油（O/W）或油包水（W/O）的一类两相反应体系统称为乳液体系（如图1.4所示），按照其粒径大小可以分为微乳液(10-100nm)和乳液（0.5-20μm）体系。表面活性剂稳定的乳液已经在制药、洗涤剂、化妆品、油漆、食品科学、纳米技术、光电、生物修复、石油回收、化学转化等领域得到了广泛应用[106]。图1.4表面活性剂稳定的乳液Figure1.4Surfactantstabilizedemulsion.表面活性剂吸附在液体界面时可通过降低界面张力、增加表面弹性、增加电双层排斥力以及增加表面粘度影响乳液稳定性[107]。同样，表面活性剂的性质可以控制乳液中各相的排列，即哪个相将形成分散相、连续相。此外，界面和主体之间的表面活性剂交换会大大降低界面的粘弹性[108]。两亲性分子被用作催化纳米反应器，将具有酸/碱功能化的表面活性剂用在乳液催化体系，从而可以强化烷基化、酯化、醚化等反应。Wang[17]等人提出了一种离子表面活性剂作为添加剂，以强化硫酸催化的异丁烷与工业丁烯烷基化反应。对比研究了季铵盐和季膦盐类表面活性剂为添加剂时的催化活性，发现季铵离子表面活性剂比季膦类表面活性剂具有更优异的改善产物分布的效果，可减少副反应的发生。产物的改善和烷基化油品质的提高可归因于烃在酸中的充分分散，即在反应体系中增强了传质。在最优条件下，产物中C8选择性提高了25wt%，产物的辛烷值（RON）可增加了4.5。表面活性剂催化体系的使用寿命为130次，而无添加剂的硫酸体系寿命为51次。以铵表面活性剂为添加剂的催化体系有望用于工业C4烷基化过程。
【参考文献】：
期刊论文
[1]新型高效Br?nsted酸性离子液体催化剂体系催化烯烃齐聚反应（英文）[J]. 王国芹,宋河远,李瑞云,李臻,陈静. 催化学报. 2018(06)
[2]Recent development of ionic liquid membranes[J]. Junfeng Wang,Jianquan Luo,Shicao Feng,Haoran Li,Yinhua Wan,Xiangping Zhang. Green Energy & Environment. 2016(01)
[3]基于Ni/Al2O3催化的异丁烯二聚反应精馏过程的动力学研究（英文）[J]. 童立威,陈立芳,叶银梅,漆志文. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2015(03)
本文编号：3442610
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