聚苯乙烯负载邻菲咯啉/CuCl配合物的合成及其对羰化反应催化性能研究

摘要

本文设计合成了聚苯乙烯负载邻菲咯啉/CuCl2配合物催化剂(PS-Phen/CuCl2),并用于甲醇氧化羰化反应，主要内容如下：将5-氨基-1,10-邻菲咯啉（NH2-Phen）配体通过化学键连接到聚苯乙烯树脂上，并通过配体与CuCl2的配位作用，合成了聚苯乙烯负载催化剂PS-Phen/CuCl2。使用红外（FTIR）、X-光电子能谱（XPS）、元素分析（EA）、热重分析（TGA）、火焰原子吸收光谱法（AAS）以及场发射扫描电镜（FESEM）等分析手段对该负载催化剂进行了表征。原子吸收以及元素分析结果表明，该负载催化剂上CuCl2含量为1.67mmol/g，配体含量1.54mmol/g，两者以接近1：1的比例配位；扫描电镜分析结果表明：聚苯乙烯树脂负载邻菲咯啉/CuCl2配合物后孔径尺寸有所降低；热分析结果表明负载催化剂可在反应条件下稳定存在；红外及热重分析结果表明NH2-Phen和聚苯乙烯树脂上的氯甲基键合成功；XPS分析表明配体和Cu(II)之间存在配位关系。在120℃，反应总压3.0MPa，PCO:PO2＝9:1，Ccu(II)=0.2mol/L，反应2小时条件下，该负载催化剂用于甲醇氧化羰化反应，可循环使用7次而催化活性基本保持不变，甲醇平均转化率可达到10.6﹪，平均选择性可达94.5﹪。负载催化剂与CuCl2催化剂相比，甲醇转化率提高了54﹪，选择性也从92.9﹪提高到94.5﹪；与Phen/CuCl2催化剂相比，甲醇转化率提高了4.6倍。在循环使用过程中，负载催化剂上CuCl2平均流失率为4.5﹪，配体平均流失率为5.2﹪，质量平均损失率为2.5﹪，在反应初期活性中心铜流失率较高，但随着循环次数的增加，CuCl2流失率逐渐变低。该催化剂是一种可循环使用多次，活性组分流失率低，具有很高催化活性和选择性的高性能负载催化剂。