磺化碳基固体酸催化剂的制备、表征及其催化应用

摘要

本文探究了以太西煤基活性炭为碳源，通过超声分散-自组装法制备出磁性碳基固体酸催化剂Fe3O4@AC-SO3H(FAS)，催化剂表面形貌结构和化学特性通过TEM、IR、XPS和VSM表征分析，并以FAS为催化剂、在常压加热和微波协同条件下醋酸正丁酯的合为探针反应，探究催化剂的催化性能及反应的工艺条件。另外，为开发具有更高酸密度的碳基固体酸，进一步以太西煤基活性炭和苯胺单体为原料，通过原位-溶液聚合法制备出聚苯胺薄膜包覆活性炭的复合型高酸值核壳结构碳基固体酸AC@PANI-SO3H(APS)，通过SEM、TEM、IR和XPS催化剂表面形貌结构和化学特性分析表征，并以APS与FAS为催化剂、无溶剂条件下“一锅法”合成酰胺基烷基萘酚为探针反应，考察催化剂酸密度和合成工艺对产率的影响。本研究得出以下结论:
　　(1)采用TG、IR等表征手段对催化剂FAS的结构和形貌进行特性分析。IR分析表明较磺化前在1000 cm-1出现-SO3H的特征吸收峰，TG分析表明该催化剂在低于500℃时具有较好的热稳定性。
　　(2)以AFS为催化剂催化合成醋酸正丁酯，微波协同条件下最优工艺为:醇酯比为3∶1，催化剂用量为醇的7％，微波功率为400 W，反应时间为10 min，最高产率为34.7％;而常压加热条件下的最优工艺为:醇酯比为3∶1，反应时间为160 min，反应温度为82℃，最高产率为42.1％。
　　(3)针对催化剂APS，探究了基体的制备工艺和磺化条件对酸密度的影响。结果表明基体的最佳制备工艺为:碳核与壳层的最佳质量比为5∶2，苯胺单体与引发剂的最佳摩尔比为1∶1;磺化最佳工艺为:磺化温度100℃，时间为60 min，该条件下制得的固体酸酸密度为1.96 mmol/g;
　　(4)采用IR、TEM、SEM和XPS等手段对催化剂APS进行表征分析，IR分析表明较磺化前催化剂在900 cm-1～1500 cm-1之间出现明显的-SO3H特征吸收峰，结合XPS表征中S2p元素分析说明-SO3H成功的键合到了基体表面;TEM和SEM表征发现该催化剂具有较为明显的核壳结构，且颗粒粒径分布比较均匀，集中在100 nm左右。
　　(5)在FAS和APS催化合成酰胺基烷基-2-萘酚的研究中，探究了反应温度(t)、催化剂用量(m)和溶剂条件对反应的影响。结果表明在无溶剂条件下产率最高，其中FAS催化反应的最佳工艺条件为:催化剂用量为2％，反应温度为120℃，产率为61％-92％; APS催化反应的最佳工艺条件为:催化剂用量为1％，反应温度为100℃，产率为76％-95％;产物结构用熔点、IR、1H NMR和13CNMR表征分析。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 前言

1．2 碳基固体酸催化剂概述

1．3 碳基固体酸催化剂的分类

1．4 复合型碳基材料制备机理和方法

1．5 研究意义与内容

第二章 磁性碳基固体酸的制备及表征

2．1 前言

2．2 实验设备与仪器

2．3 实验原料与试剂

2．4 磁性碳基固体酸的制备

2．5 磁性碳基固体酸表征

2．6 结果和讨论

2．7 本章小结

第三章 磁性碳基固体酸催化合成醋酸正丁酯的性能研究

3．1 前言

3．2 实验试剂与仪器

3．3 物性分析

3．4 产品分析方法

3．5 微波协同条件下催化合成醋酸正丁酯的研究

3．6 结果与讨论

3．7 结论

3．8 常压加热条件催化合成醋酸正丁酯的研究

3．9 结果与讨论

3．10 结论

3．11 不同类型固体催化剂催化合成醋酸正丁酯的性能比较

3．12 本章小结

第四章 AC@PANI新型核壳结构碳基固体酸的制备及表征

4．1 前言

4．2 实验仪器与试剂

4．3 核壳基体制备

4．4 核壳基体磺化

4．5 制备工艺优越性比较

4．6 核壳材料性能表征

4．7 结果与讨论

4．8 本章小结

第五章 碳基固体酸无溶剂催化合成萘酚衍生物性能的研究

5．1 前言

5．2 实验仪器和试剂

5．3 胺基烷基萘酚衍生物的合成

5．4 结果与讨论

5．5 本章小结

第六章 研究结论

参考文献

致谢

附录

个人简介及发表的文章