稀土固体超强酸S2O82-/ZrO2-La2O3的制备及其在酯化反应中的应用研究

摘要

固体超强酸克服了液体酸催化剂的许多弊端,受到了人们的普遍关注。其中, SO42-/MxOy型固体超强酸由于具有高活性、高选择性、对环境污染小、不腐蚀设备等优点而成为催化领域的研究热点。本论文通过稀土元素镧的负载和用S2O82-代替SO42-制备催化性能优异的S2O82-/ZrO2-La2O3催化剂,通过不同的酯化反应来验证并表征其催化性能。
　　首先通过共沉淀浸渍法制备出稀土固体超强酸催化剂S2O82-/ZrO2-La2O3。考察了稀土元素掺量、过硫酸浓度、焙烧时间、焙烧温度对其催化剂结构及其催化活性的影响。通过 IR、XRD、TG-DTG-DTA等方法对催化剂进行了表征。通过 XRD手段对S2O82-/ZrO2-La2O3与S2O82-/ZrO2进行了催化性能结构的比较。
　　对柠檬酸三丁酯的酯化反应进行了考察,分别从催化剂含量、醇酸摩尔比、反应时间三个方面进行考察。最佳条件是:当反应温度在175℃左右,催化剂的用量为柠檬酸质量的2.0％,醇酸摩尔比为4.0:1,反应时间180 min。在此条件下,产物酯化率高达98.27%。催化剂具有较好的重复使用性,并通过红外,折光率、核磁共振,气相等手段进行表征。
　　用S2O82-/ZrO2-La2O3为催化剂制备了癸二酸二丁酯。通过正交实验,考察了酯化温度、酯化时间、醇酸摩尔比、催化剂用量对酯化反应的影响。实验结果发现:当反应温度170℃、反应时间为300 min、催化剂用量为癸二酸的2.5%、醇酸摩尔比为3:1,反应催化效果最佳,癸二酸二丁酯的酯化率达到97.74%。催化剂都具有较好的重复使用性,通过红外、折光率、核磁共振等手段进行表征。
　　以甲基丙烯酸和甲氧基聚乙二醇为主要原料,S2O82-/ZrO2-La2O3为催化剂合成聚羧酸系减水剂大单体甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸。最佳合成条件为:MAA与MPEG摩尔比为2.5:1,催化剂用量为MPEG质量的0.3%,对苯二酚用量为MAA质量分数的1.5%,带水剂甲苯为总质量的30%,反应温度为130℃,反应时间为390 min,酯化率可达97.79%。采用红外光谱和核磁共振氢谱对大单体结构进行了表征。用大单体和 MAA、甲基丙烯磺酸钠经自由基聚合制得聚羧酸减水剂,当掺量为0.25%(以固含量计)时,具有很高的分散性、初始流动度达267 mm,水泥净浆在2 h内几乎没有流动度损失。

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第一章 绪论

1.1 前言

1.2 固体超强酸催化剂的研究进展

1.3 SO42-/MxOy型超强酸

1.4 增塑剂概述

1.5 聚羧酸系高效减水剂

1.6 课题研究目的和内容

第二章 稀土固体超强酸S2O82-/ZrO2-La2O3的制备与表征

2.1 实验试剂与仪器

2.2 稀土固体超强酸S2O82-/ZrO2-La2O3的制备

2.3 稀土固体超强酸S2O82-/ZrO2-La2O3的表征

2.4 结果与讨论

2.5 小结

第三章 S2O82-/ZrO2-La2O3催化合成柠檬酸三丁酯

3.1 实验试剂与仪器

3.2 柠檬酸三丁酯的反应原理

3.3 影响反应的工艺流程

3.4 产品表征方法

3.5 实验过程

3.6 TBC实验结果与讨论

3.7 TBC的表征

3.8 小结

第四章 S2O82-/ZrO2-La2O3催化合成癸二酸二丁酯

4.1 实验部分

4.2 结果与讨论

4.3 产品表征

4.4 小结

第五章 减水剂大单体甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯的制备

5.1 实验部分

5.2 结果与讨论

5.3 产品表征

5.4 水泥净浆流动度测试

5.5 小结

第六章 总结

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文

致谢