大比表面积碳基固体酸制备及高效催化合成环己醇

发布时间：2020-09-02 08:23

　　环己醇是生产己二酸、己内酰胺等化工产品的重要中间体。将环己烯与羧酸反应生成羧酸环己酯,再经水解反应可以得到环己醇,该过程可称之为环己烯间接水合反应;其可以克服环己烯与水相互溶解性能较差、环己烯直接水合反应速率慢的缺点,获得较高的环己醇收率。在前期研究中发现,采用HZSM-5催化环己烯经乙酸环己酯制备环己醇间接水合反应过程中,乙酸环己酯水解反应伴随着严重的副反应,环己醇选择性仅为30.4%;大部分乙酸环己酯发生热分解反应生成环己烯。使用花生壳为原料,采用部分碳化-磺化法制备了花生壳碳基固体酸催化剂。将其用于催化乙酸环己酯水解反应,环己醇选择性可达99.4%,但乙酸环己酯转化率仅为25.0%。分析认为,这是由于花生壳碳基固体酸比表面积较小(10.1 m2/g)造成的。因此,本文着眼于开发具有大比表面积的花生壳碳基固体酸,将其用于催化乙酸环己酯水解反应,以期得到兼具高活性和高选择性的环己醇制备方法。以花生壳为原料,通过磷酸活化,再经部分碳化-磺化法制备了具有大比表面积的碳基固体酸催化剂。利用N2等温吸附-脱附、SEM、XRD、NMR、FT-IR、XPS、酸碱滴定和元素分析等方法,对其结构和酸性质进行了表征。结果表明,经磷酸活化后,在300℃不完全碳化2 h,浓硫酸160℃磺化10 h制备的碳基固体酸比表面积为387.4 m2/g,磺酸密度为0.46 mmol/g。用于催化乙酸环己酯水解反应,当水用量5 ml/ml乙酸环己酯,催化剂用量0.15 g/ml乙酸环己酯时,在130℃反应3 h,乙酸环己酯转化率为86.6%,环己醇选择性为97.3%。分析认为,其优异的催化性能是磺酸基团和其它表面酸性官能团,如羧基(1.11 mmol/g),共同作用的结果;此外,较大的比表面积也有利于憎水的乙酸环己酯分子接近活性酸中心,从而提高了转化率。考察了多种酸性离子液体催化乙酸环己酯水解反应性能。结果表明,酸性离子液体催化的乙酸环己酯水解反应具有较高的环己醇选择性(96%),并且转化率随离子液体酸强度的增加而增加;但是,所考察的5种磺酸功能化离子液体具有相近的催化活性(转化率81.3%~83.6%),尽管它们的酸强度存在明显差异。酸性离子液体催化乙酸环己酯水解反应的高选择性可归因于离子液体的强极性,抑制了乙酸环己酯热分解副反应过渡态的生成,从而减少了环己烯的生成。
【学位单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TQ233.1;TQ426

【相似文献】