基于ZrO/SnO复合催化剂的N-乙烯基吡咯烷酮的合成

摘要

N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)是合成水溶性聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)的单体.本文的主要工作是:以氧氯化锆和四氯化锡为原料,制备了两种具有高比表面积ZrO<,2>/SnO<,2>复合催化剂:纳米颗粒型和介孔型.重点研究了复合催化剂对N-羟乙基吡咯烷酮(NHP)的催化脱水合成NVP反应过程的影响.首先,以γ-丁内酯和乙醇胺为原料,研究了γ-丁内酯胺解的主要影响因素,如反应温度,反应时间,反应时的真空度,反应物的配比,对反应的影响;优化了工艺条件,使得NHP的收率可达83﹪,选择性可达93﹪,同时对产物NHP进行了红外表征.其次,在合成催化剂的过程中,通过醇水加热法和非均相共沸蒸馏法联用,解决了粉体的硬团聚问题,制备出了粒径大小在10~20nm范围内的单分散球形ZrO<,2>/SnO<,2>纳米催化剂;根据表面活性剂(十六烷基三甲基溴化铵,CTAB)的模板原理合成了具有介孔结构的ZrO<,2>/SnO<,2>催化剂;应用XRD、SEM、IR等表征手段对催化剂微观结构进行了研究.在NHP的催化脱水过程的研究中,考察了催化剂配比,催化剂煅烧温度,催化反应温度,催化剂用量等因素对NHP转化率和选择性的影响,使得NVP的收率为67﹪,选择性为81﹪,反应物NHP的转化率为83﹪.

目录

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致谢

第一章 绪论

§1.1引言

§1.2 NVP的合成方法

§1.2.1乙炔加成法[4，5]

§1.2.2酯交换法和醚交换法[6]

§1.2.3 γ-丁内酯胺解法

§1.3纳米催化剂

§1.3.1纳米材料和纳米催化剂

§1.3.2纳米颗粒催化剂

§1.3.3纳米介孔催化剂

§1.4本论文研究思路

第二章纳米颗粒催化剂ZrO2/SnO2的制备

§2.1实验药品和实验仪器

§2.2实验表征方法

§2.3实验原理

§2.4纳米颗粒催化剂的制备工艺流程图

§2.5结果与讨论

§2.5.1加热温度对氧氯化锆水解反应(1)速度的影响

§2.5.2加热时间对氧氯化锆水解反应(1)过程中pH的影响

§2.5.3干凝胶的DSC表征与分析

§2.5.4干凝胶煅烧前后IR表征与分析

§2.5.5催化剂粉体的XRD表征与分析

§2.5.6复合组分ZrO2/SnO2的SEM表征与分析

§2.6小结

第三章基于表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵的介孔ZrO2/SnO2催化剂的合成

§3.1实验药品及实验仪器

§3.2实验表征方法

§3.3介孔催化剂合成的模板(template mechanism)机制

§3.4介孔ZrO2/SnO2催化剂制备的工艺流程

§3.5实验表征与分析

§3.5.1介孔催化剂IR表征与分析

§3.5.2介孔催化剂XRD表征与分析

§3.5.3介孔催化剂SEM表征与分析

§3.5.4介孔催化剂的吸附等温线

§3.5.5介孔催化剂比表面积的测定

§3.5.6介孔催化剂孔径测定

§3.6小结

第四章N-羟乙基吡咯烷酮(NHP)的合成

§4.1 NHP的合成过程

§4.1.1反应方程式及工艺流程图

§4.1.2实验药品以及主要实验仪器

§4.1.3具体实验步骤

§4.1.4 NHP的含量测定方法

§4.2结果讨论

§4.2.1反应温度对转化率和选择性的影响

§4.2.2反应时间对转化率和选择性的影响

§4.2.3原料配比对转化率和选择性的影响

§4.2.4真空度对转化率和选择性的影响

§4.3氨解产物的表征

§4.3.1 NHP的红外(IR)表征与分析

§4.3.2 N-羟乙基-4-羟基丁酰胺的示差扫描量热(DSC)表征与分析

§4.4小结

第五章NHP催化脱水制备NVP

§5.1实验过程

§5.1.1实验药品以及仪器

§5.1.2反应方程式

§5.1.3实验流程图

§5.1.4固定床反应器示意图及催化剂层位置

§5.1.5具体实验步骤

§5.2转化率、收率、选择性的计算表达式

§5.3纳米颗粒催化剂对NHP转化率和选择性的影响

§5.3.1催化剂配比对转化率和选择性的影响

§5.3.2催化剂煅烧温度对转化率和选择性的影响

§5.3.3催化反应温度对转化率和选择性的影响

§5.3.4真空度对转化率和选择性的影响

§5.3.5催化剂用量对转化率和选择性的影响

§5.3.6催化剂再生次数对转化率和选择性的影响

§5.4介孔催化剂ZrO2/SnO2对NHP催化的实验结果与讨论

§5.5 NHP催化脱水反应机理的探讨

§5.5.1催化剂ZrO2/SnO2酸碱中心形成的机理

§5.5.2催化剂ZrO2/SnO2对NHP催化过程的机理

§5.6产品NVP的红外光谱表征与分析

§5.7小结

第六章结论

参考文献