蒙脱石复合固体碱的合成与表征及其催化Knoevenagel缩合反应研究

摘要

蒙脱石是一种层状结构的铝硅酸盐粘土矿物，具有良好的电负性、离子交换性、分散悬浮性、吸附性和吸水性等特点，在催化领域得到广泛的应用。本文利用蒙脱石为原料，研发几种在Knoevenagel缩合反应中的固体碱催化剂，对催化剂的合成条件、结构关系和催化性能进行了系统的研究。既实现了该反应体系中的多相化，也实现了清洁工艺和生产，同时减少了环境污染。主要包括以下内容：
　　(1)查阅大量文献，对固体碱催化剂材料和改性蒙脱石材料进行了综述，介绍了催化Knoevenagel缩合反应机理和改性蒙脱石的合成方法。
　　(2)以蒙脱石、苯胺和FeCl3.6H2O为原料，合成蒙脱石/聚苯胺复合固体碱与磁性蒙脱石/聚苯胺复合固体碱，采用红外光谱、紫外可见漫反射光谱、XRD等对其结构进行了表征，利用熔点仪对催化反应后的产物熔点进行测定。利用蒙脱石/聚苯胺复合固体碱作为催化剂，通过催化Knoevenagel缩合反应的正交实验，从中找出最佳实验条件，并且对反应温度，催化剂用量，反应时间分别进行了研究实验。合成的2种催化剂在Knoevenagel缩合反应的重复实验中能够重复利用3次。
　　(3)以蒙脱石和硝酸锂为原料，合成12种蒙脱石/硝酸锂复合固体碱，通过红外光谱、XRD、氮气等温吸附-脱附等对其结构进行了表征，通过熔点仪对催化Knoevenagel缩合反应后的产物熔点进行测定。利用400℃煅烧的蒙脱石/(0.2g)硝酸锂复合固体碱作为催化剂，通过催化Knoevenagel缩合反应的正交实验，从中找出最佳实验条件。对部分合成的蒙脱石/硝酸锂复合固体碱进行催化Knoevenagel缩合反应实验，其中400℃煅烧的蒙脱石/(0.2g)硝酸锂复合固体碱的催化效果最好，反应产物的收率为96.3％。利用合成的400℃煅烧的蒙脱石/(0.2g)硝酸锂复合固体碱催化剂对Knoevenagel缩合反应进行重复实验中，这种催化剂都可以重复利用3次。
　　(4)以蒙脱石和氢氧化钠为原料，合成3种蒙脱石/NaOH复合固体碱，通过红外光谱、XRD、氮气等温吸附-脱附等对其结构进行了表征，通过熔点仪对催化Knoevenagel缩合反应后的产物熔点进行测定。当苯甲醛和丙二腈的物质的量比为10 mmol:10 mmol、反应时间1 h、反应温度60℃、催化剂用量0.1 g的条件下，利用合成的3种蒙脱石/NaOH复合固体碱作为催化剂，通过催化Knoevenagel缩合反应实验，其中550℃煅烧的蒙脱石/NaOH/CTAB固体碱的催化效果最好，反应产物的收率为88.2%。利用其中合成的2种催化剂对Knoevenagel缩合反应进行重复实验中，这2种催化剂都可以重复利用3次。
　　(5)以蒙脱石、硫酸和3-氨丙基三甲氧基硅烷为原料，合成3种H-蒙脱石-NH2复合固体碱，通过红外光谱、XRD、热重分析等对其结构进行了表征，通过熔点仪对催化Knoevenagel缩合反应后的产物熔点进行测定。当苯甲醛和丙二腈的物质的量比为10 mmol:10 mmol、反应时间1 h、反应温度60℃、催化剂用量0.1 g的条件下，利用合成的3种 H-蒙脱石-NH2复合固体碱作为催化剂，通过催化Knoevenagel缩合反应实验，其中（酸化2h）H-蒙脱石-NH2复合固体碱的催化效果最好，反应产物的收率为90.1%。利用其中合成的3种催化剂对Knoevenagel缩合反应进行重复实验中，这3种催化剂都可以重复利用3次。