连续流微反应器中微纤结构化的Nafion/SiO2固体酸催化苯硝化反应

摘要

采用溶胶-凝胶组装方法制备了Nafion/SiO2胶体,并涂附于烧结的316L不锈钢(SS-316L)金属微纤网络,形成了空隙率为60%-75%(ψ,体积分数)的整体式微纤结构化的Nafion/SiO2固体酸催化剂.使用傅里叶变换红外光谱(FT-IR),热重分析(TGA),扫描电子显微镜(SEM)及NH3吸附法对微纤结构化的Nafion/SiO2催化剂进行了表征.结果显示,溶胶-凝胶组装方法可以明显促进Nafion的分散,导致酸性中心的暴露量显著增加;结构化的Nafion/SiO2催化剂以200-400 nm颗粒堆积而成的多孔涂层形式存在.在一种集换热、混合、催化(反应)功能于一体的微反应器中,考察了整体式微纤结构化的Nafion/SiO2固体酸催化剂催化苯硝化的反应性能.Nafion在SiO2中的组装量为20%(w,质量分数),金属微纤网络上Nafion/SiO2担载量为36.3%(w)的优化催化剂上,75℃时苯转化率为44.7%,硝基苯选择性可达99.9%.相近转化率下,Nafion/SiO2固体酸单位酸中心的催化效能约为硫酸的600倍.