功能化杂多酸型离子液体的合成、表征及催化性能研究

摘要

随着环境污染日益加重和人们环保意识的逐渐增强，绿色化学已成为现代重要的科学研究方向之一。离子液体因其独特的物理化学性质已广泛应用于有机合成、电化学、分离提纯及材料科学等领域。其中杂多酸型离子液体作为一种新型的催化剂，不仅具有离子液体的优点，还具有杂多酸的优点。因此，功能化杂多酸型离子液体的研究倍受关注。
　　本论文将离子液体有机阳离子和Keggin型杂多酸阴离子结合构成杂多酸型离子液体，进行结构、性质表征，并考察了制备的杂多酸型离子液体在催化反应中的应用。具体研究内容与结果如下：
　　(1)功能化杂多酸型离子液体合成与表征：将离子液体有机阳离子和Keggin型杂多酸阴离子结合，合成功能化杂多酸型离子液体，并采用FT-IR、NMR、TG-DSC等手段进行表征。
　　(2)选用六种杂多酸型离子液体用于莰烯直接水合制异龙脑的过程中，与传统的酸性催化剂进行对比，其中杂多酸型离子液体[BSmim]4SiW12O40显示出良好的催化活性。实验还详细地研究了温度、催化剂的量、反应物配比等因素对反应过程的影响，得出较佳的反应条件为：反应温度为80℃，催化剂用量为20wt％（占反应物总质量百分数），反应物配比为1:1:2（质量比），反应时间3 h，在该优化的反应条件下，莰烯转化率为20.67%，异龙脑的选择性为87.77%。此外，[BSmim]4SiW12O40重复使用5次，其催化活性并没有显著下降，显示出良好的工业应用前景。
　　(3)选用六种由Keggin型磷钨酸为阴离子与不同有机阳离子构成的杂多酸型离子液体，并用于二乙二醇单丁醚与醋酸酯化合成二乙二醇单丁醚醋酸酯反应中。与传统的酸催化剂H2SO4、H3PW12O40、强酸性阳离子树脂进行比较，其中[BSEt3N]3PW12O40和[BSmim]3PW12O40显示出良好的催化活性。实验详细地研究了反应温度、催化剂的用量、反应物配比等对反应速率的影响，并建立了拟均相反应动力学模型，利用最小二乘法，估算出相应的动力学参数。由反应动力学模型得到的计算值与实验值吻合良好。此外，该两种催化剂进行回收重复利用实验，反复使用6次，其催化活性没有明显下降。

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1 绪论

1.1 离子液体简介

1.2 杂多酸简介

1.3 杂多酸型离子液体

1.4 选题的意义及研究内容

2 实验部分

2.1 主要实验原料及仪器

2.2 离子液体的合成

2.3 表征方法

3 杂多酸型离子液体催化莰烯直接水合反应

3.1 实验部分

3.2 杂多酸型离子液体的表征

3.3 杂多酸型离子液体催化莰烯水合反应

3.4 本章小结

4 杂多酸型离子液体催化合成二乙二醇丁醚醋酸酯反应动力学

4.1 实验部分

4.2 杂多酸型离子液体的表征

4.3 杂多酸型离子液体催化酯化性能的研究

4.4 反应平衡常数

4.5 反应动力学模型

4.6 催化剂的重复利用

4.7 本章小结

5 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 展望

参考文献

致谢

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