负载型杂多酸催化剂的制备、表征及催化性能研究

摘要

杂多酸是固体酸的一种，具有着独特的氧化还原性，酸性以及双功能性，在许多化学反应中能够表现出很强的催化活性。杂多酸这种绿色、无毒、无腐蚀性的环保型催化剂已在多种有机反应中实现了成功应用，如:酯化醚化、缩合反应、酰基化、烷基化、水合脱水和聚合反应等，反应中呈现出反应活性高、腐蚀性小、污染率低等诸多优点，但由于杂多酸比表面积小、热稳定性低、回收困难等问题使得杂多酸在催化领域的应用受到了一定的限制。介孔分子筛材料的蓬勃发展解决了杂多酸应用中的难题，这类材料是一类有着均匀孔道结构的、孔径大小介于1.3～30nm之间的无机非金属惰性材料，热稳定性好，且比表面积巨大（≥700m2/g）。研究表明，利用介孔材料的大比表面积及孔道宽阔的特点来负载杂多酸得到负载化杂多酸类催化剂，可以改善杂多酸的催化性能，同时可以理想地解决多酸类催化剂难于回收重复使用的问题。
　　 本文通过浸渍法、水热分散法将杂多酸负载于介孔分子筛类载体上，得到负载型杂多酸催化剂，运用多种化学检测手段，如:IR、XRD、透射电镜、N2-吸附脱附等对负载型催化剂固体粉末进行理化表征，同时以乳酸丁酯合成为探针反应，考察三种杂多酸——磷钨酸、磷钼酸及硅钨酸的催化活性及催化特点。对负载方法、酯化反应时间、物料比、催化剂负载量、催化剂回收利用等情况进行研究摸索，得到最佳酯化条件。实验结果表明:M41S系多孔分子筛材料中的MCM-41分子筛、MCM-48分子筛均能够负载杂多酸，是负载型催化剂的良好载体;分子筛负载型杂多酸(HPW、HPMo)催化剂对乳酸丁酯合成具有非常高的选择性与催化活性。

目录

摘要

插图和附表清单

第一章 绪论

1．1 前言

1．2 多酸化学简介

1．2．1 杂多酸分类

1．2．2 杂多酸结构

1．2．3 杂多酸性质

1．3 介孔分子筛

1．3．1 沸石分子筛

1．3．2 M41S系列介孔分子筛

1．4 负载型杂多酸催化剂的制备

1．4．1 浸渍法制备负载型杂多酸催化剂

1．4．2 水热分散法制备负载型杂多酸催化剂

1．4．3 原位合成法制备负载型杂多酸催化剂

1．4．4 回流吸附法制备负载型杂多酸催化剂

1．4．5 溶胶-凝胶法制备负载型杂多酸催化剂

1．5 本研究课题的目的和意义

第二章 负载型杂多酸催化剂的制备与表征

2．1 引言

2．2 实验所用设备与试剂

2．2．1 实验所用设备

2．2．2 实验所用试剂

2．3 负载型杂多酸催化剂的制备

2．3．1 水热晶化法制备M41S系列介孔分子筛载体

2．3．2 负载型杂多酸催化剂的制备

2．4 催化剂的表征

2．4．1 透射电镜(TEM)分析

2．4．2 x-射线粉末衍射(XRD)分析

2．4．3 氮气吸吸附-脱附结果

2．4．4 FT-IR分析

第三章 负载型杂多酸催化剂催化乳酸丁酯合成性能研究

3．1 引言

3．2 实验设备与试剂

3．3 分析方法：

3．3．1 出水体积为评测指标

3．3．2 酯化率为评测指标

3．3．3 气-质联用定性测定产品

3．4 乳酸丁酯的合成

3．5 杂多酸催化剂的筛选

3．5．1 酸值测定评价催化剂性能

3．5．2 出水体积变化曲线评价催化剂活性

3．6 磷钨酸催化乳酸丁酯合成性能研究

3．6．1 酸、醇摩尔比对酯化率的影响

3．6．2 催化剂的用量对反应的影响

3．6．3 回流时间对反应的影响

3．6．4 磷钨酸做催化剂催化乳酸丁酯合成条件优化

3．7 负载型杂多酸催化剂催化乳酸丁酯合成性能研究

3．7．1．负载方法的初选

3．7．2 浸渍法制备负载型杂多酸催化剂

3．7．3 HPW-MCM-41系列催化剂催化乳酸丁酯合成

3．7．4 HPW-MCM-48系列催化剂催化乳酸丁酯合成条件优化

3．7．5 HPMo-MCM-41系列催化剂催化乳酸丁酯合成的条件优化

3．7．6 HPMo-MCM-48系列催化剂催化乳酸丁酯合成的条件优化

3．8 产品检测

3．8．1 产品的气-质分析

3．8．2 产品的IR检测

3．9 磷钨酸与分子筛负载磷钨酸催化剂性能比较

3．10 本章小结

第四章 结论

参考文献、

致谢

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