本文關鍵詞：高嶺土基固體酸催化劑的研制及應用

  更多相關文章： 高嶺土 固體酸 SO_4~(2-)/M_xO_y-kaolin 催化合成 酯化反應

【摘要】：鑒于人們環(huán)保意識的加強和經(jīng)濟發(fā)展的需要,研制低成本、高效、對環(huán)境無污染、可循環(huán)使用的固體酸催化劑成為國內(nèi)外學者的研究熱點之一。在已研發(fā)的固體酸中,硫酸促進型固體酸SO_4~(2-)/M_xO_y雖然對多種化學反應具有良好的催化活性,但存在易失活、制備成本高、比表面積較小等缺點。而具有廉價易得、無毒無污染、較好的吸附能力等特性的高嶺土(kaolin),可作為較理想的催化劑載體。本文將高嶺土引入SO_4~(2-)/M_xO_y固體酸載體中,制備了三種SO_4~(2-)/M_xO_y-kaolin型固體酸催化劑,以改善這類催化劑的熱穩(wěn)定性、降低制備成本、使其更易于分離,并將這三種催化劑分別用于催化合成相應的羧酸酯(乙酸異戊酯、丁酸己酯、油酸乙酯)以考察其催化活性。主要內(nèi)容與結果如下:(1)制備了固體酸催化劑SO_4~(2-)/ZrO_2-kaolin,并采用FT-IR、XRD、TG和NH_3-TPD對該催化劑進行表征。然后以乙酸與異戊醇的酯化反應對SO_4~(2-)/ZrO_2-kaolin的催化性能進行評價,通過單因素實驗篩選出適宜反應條件為:環(huán)己烷(帶水劑)10mL、催化劑用量為3.1%(以反應液總質量為基準)、n(異戊醇):n(乙酸)為1.6:1、反應時間3h,此條件下酯化率為95.1%。催化劑使用5次,酯化率為76.3%。對使用5次后的催化劑分別采用三種方法進行再生處理,其催化活性均有所提高。(2)在SO_4~(2-)/ZrO_2-kaolin制備的基礎上,將SnO_2引入催化劑載體制備了固體酸催化劑SO_4~(2-)/ZrO_2-SnO_2-kaolin(Ⅰ),并采用FT-IR、XRD、TG和NH_3-TPD對其進行表征。與SO_4~(2-)/ZrO_2-kaolin相比,SO_4~(2-)/ZrO_2-SnO_2-kaolin(Ⅰ)在相同條件下對乙酸和異戊醇的酯化反應具有更理想的催化活性。進一步考察SO_4~(2-)/ZrO_2-SnO_2-kaolin(Ⅰ)對正丁酸和正己醇酯化反應的催化活性,在環(huán)己烷(帶水劑)10 m L、催化劑用量為2.6%(以反應液總質量為基準)、n(正己醇):n(正丁酸)為1.6:1、反應時間3h的條件下,酯化率可達93.7%。催化劑使用5次,酯化率為65.0%。對使用5次后的SO_4~(2-)/ZrO_2-SnO_2-kaolin(Ⅰ)也分別采用三種方法再生處理,其催化活性均得以改善。(3)將SO_4~(2-)/ZrO_2-SnO_2-kaolin(Ⅰ)用于催化油酸和無水乙醇的酯化反應,在催化劑用量為5.3%(以油酸質量為基準)、n(無水乙醇):n(油酸)為7:1、反應時間8 h的條件下,酯化率僅為46.8%。因此考察制備條件對SO_4~(2-)/ZrO_2-SnO_2-kaolin催化活性的影響,在硫酸浸漬濃度1.00mol/L、Zr/Sn摩爾比1/3、焙燒溫度500℃、焙燒時間3 h的條件下,制得SO_4~(2-)/ZrO_2-SnO_2-kaolin(Ⅱ)。并通過單因素實驗得出該催化劑用于油酸和無水乙醇酯化反應的適宜反應條件:催化劑用量為7.1%(以油酸質量為基準)、n(無水乙醇):n(油酸)為5:1、反應時間11 h,此條件下酯化率為83.5%,該催化劑重復使用4次酯化率可達68.2%。
【關鍵詞】：高嶺土 固體酸 SO_4~(2-)/M_xO_y-kaolin 催化合成 酯化反應
【學位授予單位】：河南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O643.36
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 1 緒論12-24
• 1.1 固體酸催化劑概述12-13
• 1.2 負載型固體酸催化劑研究進展13-16
• 1.2.1 氧化物類載體14
• 1.2.2 分子篩類載體14-15
• 1.2.3 活性炭類載體15-16
• 1.2.4 粘土類載體16
• 1.3 粘土催化劑研究進展16-20
• 1.3.1 金屬交聯(lián)型粘土17
• 1.3.2 有機改性粘土17-18
• 1.3.3 粘土負載雜多酸18-19
• 1.3.4 粘土固體酸19-20
• 1.4 高嶺土類材料的應用20-21
• 1.4.1 催化方面20-21
• 1.4.2 吸附方面21
• 1.5 本論文研究目的和內(nèi)容21-24
• 1.5.1 研究目的21-22
• 1.5.2 研究內(nèi)容22-24
• 2 實驗部分24-30
• 2.1 主要實驗試劑及儀器24-25
• 2.2 催化劑制備25-26
• 2.2.1 高嶺土預處理25
• 2.2.2 固體酸SO_4~(2-)/ZrO_2-kaolin的制備25-26
• 2.2.3 固體酸SO_4~(2-)/ZrO_2-SnO_2-kaolin(Ⅰ)的制備26
• 2.2.4 固體酸SO_4~(2-)/ZrO_2-SnO_2- kaolin(Ⅱ)的制備26
• 2.3 催化劑表征方法26-27
• 2.3.1 傅里葉變換紅外吸收(FT-IR)26
• 2.3.2 X-射線粉末衍射(XRD)26-27
• 2.3.3 熱重及差熱分析(TG-DTA)27
• 2.3.4 NH_3-程序升溫脫附(NH_3-TPD)27
• 2.4 催化劑活性測試27-30
• 2.4.1 固體酸SO_4~(2-)/ZrO_2-kaolin的催化活性27-28
• 2.4.2 固體酸SO_4~(2-)/ZrO_2-SnO_2-kaolin(Ⅰ)的催化活性28
• 2.4.3 固體酸SO_4~(2-)/ZrO_2-SnO_2-kaolin(Ⅱ)的催化活性28-30
• 3 固體酸SO_4~(2-)/ZrO_2-kaolin的表征及催化性能30-42
• 3.1 前言30
• 3.2 催化劑制備條件的研究30-32
• 3.2.1 硫酸浸漬的影響30-31
• 3.2.2 粘土類型的影響31-32
• 3.2.3 粘土預處理的影響32
• 3.3 高嶺土、SO_4~(2-)/ZrO_2-kaolin的表征及分析32-36
• 3.3.1 預處理前后高嶺土的結構32-33
• 3.3.2 預處理前后高嶺土的物相33-34
• 3.3.3 SO_4~(2-)/ZrO_2-kaolin的結構34
• 3.3.4 SO_4~(2-)/ZrO_2-kaolin的物相34-35
• 3.3.5 SO_4~(2-)/ZrO_2-kaolin的熱穩(wěn)定性35-36
• 3.3.6 SO_4~(2-)/ZrO_2-kaolin的酸性分析36
• 3.4 SO_4~(2-)/ZrO_2-kaolin催化合成乙酸異戊酯36-40
• 3.4.1 反應時間的影響36-37
• 3.4.2 催化劑用量的影響37-38
• 3.4.3 醇酸摩爾比的影響38
• 3.4.4 帶水劑種類的影響38-39
• 3.4.5 催化劑的重復使用性能39-40
• 3.5 本章小結40-42
• 4 固體酸SO_4~(2-)/ZrO_2-SnO_2-kaolin(Ⅰ)的表征及催化性能42-50
• 4.1 前言42
• 4.2 SO_4~(2-)/ZrO_2-SnO_2-kaolin(Ⅰ)的表征及分析42-45
• 4.2.1 結構表征42-43
• 4.2.2 物相表征43-44
• 4.2.3 熱穩(wěn)定性分析44
• 4.2.4 酸性分析44-45
• 4.3 SO_4~(2-)/ZrO_2-SnO_2-kaolin(Ⅰ)催化合成乙酸異戊酯45-46
• 4.4 SO_4~(2-)/ZrO_2-SnO_2-kaolin(Ⅰ)催化合成丁酸己酯46-49
• 4.4.1 反應時間的影響46
• 4.4.2 催化劑用量的影響46-47
• 4.4.3 醇酸摩爾比的影響47-48
• 4.4.4 帶水劑種類的影響48
• 4.4.5 催化劑的重復使用性能48-49
• 4.5 本章小結49-50
• 5 固體酸SO_4~(2-)/ZrO_2-SnO_2-kaolin(Ⅱ)的表征及催化性能50-64
• 5.1 前言50
• 5.2 SO_4~(2-)/ZrO_2-SnO_2-kaolin(Ⅱ)制備條件的研究50-57
• 5.2.1 Zr/Sn摩爾比的影響50-52
• 5.2.2 硫酸浸漬濃度的影響52-54
• 5.2.3 焙燒溫度的影響54-55
• 5.2.4 焙燒時間的影響55-57
• 5.3 SO_4~(2-)/ZrO_2-SnO_2-kaolin(Ⅱ)的表征及分析57-58
• 5.3.1 熱穩(wěn)定性分析57-58
• 5.3.2 酸性分析58
• 5.4 SO_4~(2-)/ZrO_2-SnO_2-kaolin(Ⅱ)催化合成油酸乙酯58-62
• 5.4.1 催化劑用量的影響59
• 5.4.2 醇酸摩爾比的影響59-60
• 5.4.3 反應時間的影響60-61
• 5.4.4 催化劑的重復使用性能61-62
• 5.5 本章小結62-64
• 6 結論與展望64-66
• 6.1 結論64-65
• 6.2 展望65-66
• 參考文獻66-74
• 致謝74-76
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術論文76-77

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