负载型杂多酸盐的制备及其在环己烷氧化反应中的应用研究

摘要

饱和烷烃的选择氧化具有十分重要的科学意义和应用价值。由于C-H键的键能大,极性小,所以活化困难,反应活性低;此外,产物比原料更活泼,很容易发生过度氧化,生成二氧化碳和水等副产物。因此,寻找有效的烷烃选择氧化体系,是一个非常有意义和具有挑战性的难题。本论文文旨在液相条件下,以H2O2为氧化剂,开发对环己烷选择氧化的负载型杂多酸催化剂体系。杂多酸以其催化活性高、选择性好、反应条件温和及不腐蚀设备等优点,是兼具酸性和氧化还原性的固体双功能催化剂,其酸性和氧化还原性可在分子或原子水平上进行调节,因此一直是催化和材料化学领域研究的热点。但由于杂多酸的比表面积小,同时又由于其良好的水溶性直接影响到在某些反应中的回收分离问题,因此在用作固体催化剂时需要将其负载化,以增大比表面积,提高催化活性的稳定性,使活性组分得到充分利用。
　　 本文采用超声波浸渍法制备了系列负载型Dawson钴取代磷钼钒杂多酸盐,用傅里叶变换红外光谱、X射线衍射、比表面积测定等方法对催化剂进行了表征,并将其用于催化环己烷选择氧化制备环己醇与环己酮的反应中。考察了钴含量、盐酸浓度、载体类型、负载方式、负载量和反应条件对反应活性的影响。结果表明,3mol/l盐酸处理的硅胶在超声波浸渍条件下,催化剂35％CoH7P2Mo15V3O62/SiO2有较好活性。在温度75℃、环己烷用量0.1mol、35％CoH7P2Mo15V3O62/SiO20.3g、反应时间10h、w(H2O2)=50％的过氧化氢用量13.6g(0.2mol)时环己烷的转化率达到56.22％,环己醇和环己酮(简称KA油)总收率达到17.19％。以硅烷化凹凸棒粘土为载体,采用满孔浸渍法制备了负载型杂多酸盐催化剂,通过X射线衍射、比表面积测定、傅里叶变换红外光谱等手段对催化剂进行了表征。分别考察了载体类型、负载量、反应条件及循环使用次数等因素对环己烷氧化反应的影响。结果表明,硅烷化凹凸棒粘土负载型杂多酸盐CoH7P2Mo15V3O62能显著提高环己烷氧化能力;催化剂回收烘干后可直接重复利用,催化活性没有明显降低。在优化条件下,环己烷转化率达到35.28％,目标产物环己醇和环己酮的总收率达到12.48％。实验表明,负载型杂多酸盐CoH7P2Mo15V3O62是一种具有应用前景的催化剂,便于与产物分离,且对设备和环境污染小。

目录

文摘

英文文摘

第1章 引言

第2章 文献综述

2.1 催化选择氧化环己烷合成环己酮(醇)的研究意义

2.2 环己烷氧化工业生产现状

2.3 目前环己烷氧化的研究现状

2.3.1 非催化氧化体系

2.3.2 催化氧化体系

2.4 杂多酸化合物催化剂的背景知识

2.4.1 杂多酸化合物的结构

2.4.2 Dawson型杂多酸化合物的特征

2.5 负载型杂多酸化合物的催化应用

2.5.1 活性炭负载杂多酸

2.5.2 SiO2负载杂多酸

2.5.3 TiO2负载杂多酸

2.5.4 新型分子筛负载杂多酸

2.6 论文的研究思路

第3章 实验部分

3.1 主要试剂与仪器

3.2 催化剂的制备

3.2.1 磷钼钒杂多酸及其盐的合成

3.2.2 负载型杂多酸盐的制备

3.3 催化剂的表征

3.3.1 晶相结构分析

3.3.2 比表面积测定

3.3.3 FT-IR光谱

3.4 反应产物的分析方法

3.4.1 反应产物的定性分析

3.4.2 反应产物的定量分析

第4章 负载型钴取代磷钼钒杂多酸盐催化氧化环己烷反应研究

4.1 前言

4.2 实验部分

4.2.1 催化剂的制备

4.2.2 催化反应

4.3 结果与讨论

4.3.1 催化剂的结构表征

4.3.2 催化剂中钴含量对环己烷氧化反应的影响

4.3.3 载体类型对环己烷氧化反应的影响

4.3.4 不同浓度盐酸处理载体对环己烷氧化反应的影响

4.3.5 不同负载量对环己烷氧化反应的影响

4.3.6 不同反应条件对环己烷氧化反应的影响

4.4 本章小结

第5章 硅烷化凹凸棒粘土负载杂多酸盐催化环己烷氧化

5.1 前言

5.2 实验部分

5.2.1 催化剂的制备

5.2.2 催化反应

5.3 结果与讨论

5.3.1 催化剂的结构表征

5.3.2 载体类型对环己烷氧化反应的影响

5.3.3 不同负载量对环己烷氧化反应的影响

5.3.4 不同反应条件对环己烷氧化反应的影响

5.4 本章小结

结论

参考文献

致谢

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