分子氧氧化异辛醇生成异辛酸的催化反应研究

摘要

醇的氧化是现阶段国内外有机合成领域中研究的热点问题，而在传统的氧化过程中，大多使用化学氧化剂，由于氧化剂自身的毒性和强腐蚀性导致在生产中存在着诸多安全性问题。随着当代化学发展的需要，采用O2，H2O2等绿色、清洁氧化剂代替传统氧化剂在催化剂作用下进行醇氧化成为的绿色氧化研究热点。因此开发具有高性能、廉价、清洁、可回收的非均相固体催化剂，是研究的关键。由于异辛酸用途广泛且具有代表性，所以本研究以氧气为氧化剂，采用自制催化剂，用异辛醇催化氧化制取异辛酸。以异辛醇的转化率、异辛酸的收率和选择性作为催化剂活性评价指标，考察不同催化剂的性能。考察催化剂的使用量，反应时间和反应温度等异辛醇氧化工艺条件，同时对催化剂的稳定性及其反应机理和动力学进行了初步探讨。
　　 以SiO2为载体，采用浸渍法制备了一系列过渡金属氧化物催化剂，通过异辛醇氧化实验，筛选出活性较好的三种单组分催化剂，Fe2O3/SiO2、Al2O3/SiO2、ZnO/SiO2。考察这三种催化剂活性组分负载量、焙烧温度对催化剂性能的影响，并通过XRD、BET、SEM等表征手段对催化剂表面结构进行研究。结果表明：在500℃焙烧温度下，负载量4％的Fe2O3/SiO2催化剂具有最好的活性，异辛酸选择性和收率分别为55.14％，26.41％。
　　 在单组分催化剂的基础上制备双组分复合氧化物催化剂，发现Fe2O3-ZnO和ZnO-CeO2具有协同作用，催化剂的活性较单组分催化剂有明显的提高。而其它双组分催化剂活性则降低。结果表明，6％Fe-4％Zn对异辛醇转化率55.62％，异辛酸选择性和收率63.66％和35.41％；6％Zn-4％Ce对异辛醇转化率52.83％，异辛酸选择性和收率68.73％和36.31％。并通过XRD、BET和SEM对催化剂进行表征，分析了表面结构与催化剂性能关系。
　　 对异辛醇氧化异辛酸的工艺条件进行研究，考察了催化剂用量、反应温度、反应时间对结果的影响。确定最佳工艺条件为催化剂用量4％，反应温度120℃，反应时间7小时。并将反应后催化剂回收考察了其稳定性。根据试验中数据，对异辛醇催化氧化异辛酸的反应过程中的动力学和反应机理进行初步探讨。结果显示，异辛醇催化氧化异辛酸机理为自由基反应机理，其表观活化能为69.29kJ/mol，相对比不使用催化剂条件下的活化能极大的降低。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1引言

1.2异辛酸的应用领域与消费

1.2.1异辛酸的应用领域

1.2.2异辛酸的消费

1.3异辛酸合成方法评价

1.3.1异辛酸研究合成方法

1.3.2异辛酸工业化合成方法

1.4我国异辛醇发展方向

1.5本研究的主要目的和内容

第二章 实验操作部分

2.1实验仪器及药品

2.1.1实验仪器

2.1.2实验试剂

2.2催化剂的制备方法

2.2.1催化剂制备过程

2.2.1催化剂载体参数

2.3催化剂性能试验评价

2.3.1实验原理

2.3.2实验方法

2.3.3测试方法

2.4实验装置

2.5比表面积的测试

2.6 X射线衍射

2.7热重测试

2.8扫描电镜(SEM)测试

第三章 单组分催化剂的研究

3.1引言

3.2单组分催化剂制备

3.3催化剂活性组分的筛选

3.4 Fe2O3/SiO2催化剂催化性能评价

3.4.1不同Fe负载量催化剂的催化性能及表征结果

3.4.2不同焙烧温度催化剂的催化性能及表征结果

3.5 Al2O3/SiO2与ZnO/SiO2催化剂催化性能评价

3.5.1不同Al负载量催化剂的催化性能及表征结果

3.5.2不同Zn负载量催化剂的催化性能及表征结果

3.6小结

第四章 多组分催化剂的研究

4.1引言

4.2双组分催化剂的催化性能评价

4.2.1 Fe2O3-ZnO/SiO2催化剂的催化性能及表征结果

4.2.2 ZnO-CeO2/SiO2催化剂的催化性能及表征结果

4.2.3 Fe2O3-CeO2/SiO2催化剂的催化性能及表征结果

4.2.4 Al的双组分催化剂的催化性能及表征结果

4.2三组分催化剂的催化性能评价

4.4小结

第五章 催化剂的稳定性和工艺条件研究

5.1引言

5.2催化剂的稳定性研究

5.3工艺条件的研究

5.3.1催化剂用量对实验结果的影响

5.3.2反应温度对实验结果的影响

5.3.3反应时间对实验结果的影响

5.4小结

第六章 催化反应机理与反应动力学研究

6.1引言

6.2催化反应机理研究

6.3反应动力学研究

6.4小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

附录

攻读硕士学位期间取得的成果

致谢