新型无机固体负载希夫碱配合物催化剂的制备及其催化氧化性能研究

摘要

近年来,通过催化分子氧氧化烯烃,原油、天然气中的主要成分,使其为醇类、醛类、酮类或羧酸类等化合物的研究越来越多,主要原因是这些产物是工业生产过程中的重要中间体。其中,过渡金属配合物在烯烃催化氧化中一直是有巨大吸引力的催化剂,尤其是希夫碱类配合物,价格低廉、合成容易、且有相对较好的化学热稳定性。然而,作为均相催化剂,其分离、循环利用、活性中心在溶剂中的流失,以及催化剂在催化体系中缺乏足够的稳定性等仍然是一大问题。为了克服这些缺点,非均相催化剂得到了发展。其制备方法主要有两种:一种方法是通过键连作用负载在惰性有机载体上;另一种是通过键连作用或封装方式负载在无机载体上。
　　 本文重点是以天冬氨酸、水杨醛合成配体,再与5种过渡金属盐合成5种金属配合物,然后通过与无机载体蒙脱土(MMT)、分子筛(NaX)、凹凸棒土(ATTP)制备了15种负载型催化剂。以环己烯为底物,分子氧为氧源,对负载型催化剂的催化性能进行测试,通过遴选,得到既提高催化剂稳定性同时又有较高催化活性的负载型催化剂。并对催化性能较好的负载型催化剂的催化动力学进行了研究。
　　 1.希夫碱小分子金属配合物、分子筛负载型希夫碱金属配合物的合成以及催化动力学的研究
　　 本部分重点合成了五种希夫碱小分子金属配合物和五种分子筛(NaX)负载型希夫碱配合物。通过IR进行表征,确定其结构,并用于环己烯的催化氧化反应中考察其催化性能。结果表明:分子筛负载型席夫碱类催化剂与未负载小分子席夫碱类催化剂催化环己烯性能测试曲线变化趋势类似。但与小分子席夫碱类催化剂的催化性能相比,分子筛负载型催化剂有较好的稳定性,在反应13.3h时,尤其是负载型Salen-Mn/NaX催化环己烯转化率就达到了35.2％,13.3h后还有较高的催化活性,反应结束时环己烯的转化率达到了41.9％。以Salen-Mn/NaX为催化剂确定了该催化剂的最佳反应条件:底物为2ml,反应温度70℃,催化剂用量为60mg。并进行了动力学研究。求出该条件下反应活化能为58.63kJ/mol。
　　 2.希夫碱小分子金属配合物、蒙脱土负载型希夫碱金属配合物的合成以及催化性能的研究
　　 本部分合成了五种希夫碱小分子会属配合物和五种蒙脱土(MMT)负载型希夫碱金属配合物,采用IR进行结构表征,确定其结构。以环己烯为底物,分子氧为氧源,对催化剂的催化性能进行了测试。此外还考察了温度、催化剂量、反应时间对催化性能的影响。负载型催化剂与未负载的小分子金属配合物相比,其催化性能有所改变,负载后希夫碱小分子金属配合物的稳定性得到了很大的提高。与第1部分中分子筛负载相比,载体蒙脱土对不同金属希夫碱有不同的影响。负载后的催化剂Salen-Ni-MMT和Salen-Cu-MMT,比未负载的Ni-salen和Cu-salen催化性能要好,反应13.3h后转化率分别提高了10.4％和4.9％。
　　 3.希夫碱小分子会属配合物、凹凸棒土负载型希夫碱金属配合物的合成以及催化性能的研究
　　 本部分重点合成了五种希夫碱小分子金属配合物及凹凸棒土(ATTP)负载型希夫碱配合物,采用IR进行结构表征,确定其结构。通过催化分子氧氧化环己烯进行了催化性能测试。并考察了温度、催化剂量、反应时间对催化性能的影响。与第1和2中分子筛和蒙脱土作为载体相比,该系列催化剂也有较好的稳定性,对不同金属希夫碱小分子负载后的影响也不同。负载后的Salen-Ni-ATTP,Salen-Co-ATTP和Salen-Cu-ATTP催化性能得到了提高,其中,Salen-Ni-ATTP在反应13.3h后,催化环己烯转化率比相应未负载会属希夫碱催化剂催化环己烯转化率提高了9.2％。在底物为2ml时,最佳反应温度和催化剂量分别为70℃和60mg。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

前言

1.1 课题意义

1.2 国内外研究现状综述

1.2.1 希夫碱及其金属配合物的结构特征及应用

1.2.2 用于均相催化的希夫碱及其金属配合物的分类

1.2.3 负载型希夫碱配合物催化剂的种类及应用

1.2.4 环己烯的催化氧化研究

1.3 研究内容

1.4 课题的创新性

第二章 分子筛NaX负载希夫碱类金属配合物的制备、表征及催化动力学的研究

前言

2.1 实验部分

2.1.1 实验仪器和药品

2.1.2 Safen配体的制备

2.1.3 M-Salen(M=Co,Cu,Mn,Ni,Fe)合成

2.1.4 Salen-M-NaX的制备

2.1.5 红外测试

2.1.6 催化剂催化性能测试

2.2 结果与讨论

2.2.1 红外光谱分析

2.2.2 M-Salen的催化性能(M=Co、Cu、Mn、Fe、Ni)

2.2.3 Salen-M-NaX的催化性能

2.3 本章小结

第三章 蒙脱土负载希夫碱类金属配合物的制备、表征及催化催化性能的研究

前言

3.1 实验部分

3.1.1 实验仪器和药品

3.1.2 Salen配体的制备

3.1.3 金属配合物M-Salen(M=Co,Cu,Mn,Ni,Fe)合成

3.1.4 Salen-M-MMT的制备

3.1.5 红外测试

3.1.6 催化剂催化性能测试

3.2 结果与讨论

3.2.1 红外光谱分析

3.2.2 M-Salen的催化性能

3.2.3 Salen-M-MMT的催化性能

3.3 本章小结

第四章 凹凸棒土负载希夫碱类金属配合物的制备、表征及催化性能的研究

前言

4.1 实验部分

4.1.1 实验仪器和药品

4.1.2 Salen配体的制备

4.1.3 M-Salen(M=Co,Cu,Mn,Ni,Fe)合成

4.1.4 Salen-M-ATTP的制备

4.1.5 红外测试

4.1.6 催化剂催化性能测试

4.2 结果与讨论

4.2.1 红外光谱分析

4.2.2 M-Salen催化剂的催化性能

4.2.3 Salen-M-ATTP的催化性能

4.3 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录