本文關(guān)鍵詞：含銅類水滑石催化劑的制備、表征和催化性能研究

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【摘要】：類水滑石是一類由帶正電荷的層板和層間填充帶負(fù)電荷的陰離子組成的層狀化合物,由于其獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)和特殊的物理化學(xué)性質(zhì),使其在催化領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。類水滑石及以其為前驅(qū)體制備的復(fù)合氧化物作為催化劑應(yīng)用于許多有機(jī)合成反應(yīng)中,顯示出了良好的催化性能且可多次重復(fù)利用。因此,開發(fā)新型的以類水滑石及其衍生的復(fù)合氧化物作為催化劑,具有高效、易分離、綠色環(huán)保和高穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越受到研究者的重視。C-N偶聯(lián)反應(yīng)和醛的氧化酯化反應(yīng)是有機(jī)合成中構(gòu)建C-X鍵的有效途徑,是催化領(lǐng)域研究的重點(diǎn)之一。本論文以類水滑石CuZnAl和CuZnMgAl為前驅(qū)體制備的復(fù)合氧化物作為催化劑用于咪唑與碘苯的C-N偶聯(lián)反應(yīng)中,將類水滑石CuMgAl應(yīng)用于催化甲苯與苯甲醛的氧化酯化反應(yīng)中。首先采用共沉淀-并加法制備了一系列Cu/Zn/Al摩爾比不同的類水滑石,經(jīng)600℃焙燒后制得復(fù)合氧化物催化劑,對(duì)催化劑進(jìn)行了XRD、BET、AAS、H2-TPR、TG-DTA、XPS等表征,考察了這些催化劑在咪唑與碘苯合成1-苯基咪唑反應(yīng)中的催化性能。結(jié)果表明,當(dāng)Cu/Zn/Al摩爾比為2：1：1時(shí),其活性組分Cu分散均勻且催化性能達(dá)到最佳,在130℃空氣氣氛中,KOH存在的條件下,反應(yīng)24 h,1-苯基咪唑的產(chǎn)率可達(dá)到85.8%。其次,采用共沉淀-并加法制備了四元類水滑石CuZnMgAl-LDH,以其為前驅(qū)體制得了復(fù)合氧化物CuZnMgAl-LDO,對(duì)復(fù)合氧化物催化劑進(jìn)行了XRD、BET、H2-TPR、TG-DTA等表征,并將其用于咪唑與碘苯合成1-苯基咪唑的C-N交叉偶聯(lián)反應(yīng)中。最后,采用共沉淀-并加法制備了一系列Cu/Mg/Al摩爾比不同的類水滑石,通過(guò)XRD、BET、H2-TPR、XPS、AAS等表征,考察了催化劑在苯甲醛與甲苯合成苯甲酸芐酯反應(yīng)中的催化性能。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,Cu2Mg1Al1-LDH的催化性能最好,苯甲酸芐酯的產(chǎn)率達(dá)到了81.0%,實(shí)現(xiàn)了氧化酯化反應(yīng)在多相催化體系中的進(jìn)行。
【關(guān)鍵詞】：含銅類水滑石 復(fù)合氧化物 C-N偶聯(lián)反應(yīng) 酯化反應(yīng)
【學(xué)位授予單位】：內(nèi)蒙古師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O643.36
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 文獻(xiàn)綜述9-29
• 1.1 C-N交叉偶聯(lián)Ullmann反應(yīng)的研究背景9-12
• 1.1.1 銅催化C-N交叉偶聯(lián)Ullmann反應(yīng)的研究進(jìn)展9-11
• 1.1.2 含銅類水滑石催化的C-N交叉偶聯(lián)反應(yīng)的研究進(jìn)展11-12
• 1.2 過(guò)渡金屬催化醛(或醇)的氧化酯化反應(yīng)的研究進(jìn)展12-16
• 1.2.1 銅催化醛(或醇)的氧化酯化的反應(yīng)12-14
• 1.2.2 鈀催化醛(或醇)的氧化酯化反應(yīng)14-16
• 1.3 水滑石類化合物概述16-20
• 1.3.1 水滑石類化合物的結(jié)構(gòu)及組成16-17
• 1.3.2 水滑石類化合物的性質(zhì)17
• 1.3.3 水滑石類化合物的制備方法17-18
• 1.3.4 水滑石類化合物的應(yīng)用18-20
• 1.4 論文的研究思路20-22
• 參考文獻(xiàn)22-29
• 2 實(shí)驗(yàn)部分29-35
• 2.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器29-31
• 2.2 含銅類水滑石的制備31-32
• 2.2.1 三元含Cu類水滑石的制備31
• 2.2.2 四元含Cu類水滑石的制備31
• 2.2.3 含銅復(fù)合氧化物的制備31-32
• 2.3 催化劑的表征32-33
• 2.3.1 X-射線衍射(XRD)分析32
• 2.3.2 原子吸收光譜(AAS)分析32
• 2.3.3 N_2物理吸附-脫附(N_2 adsorption-desorption)分析32
• 2.3.4 氫氣程序升溫還原(H_2-TPR)分析32
• 2.3.5 X-射線光電子能譜(XPS)分析32
• 2.3.6 差熱-熱重(TG-DTA)分析32-33
• 2.4 催化劑催化性能的評(píng)價(jià)33
• 2.4.1 含銅復(fù)合氧化物催化C-N交叉偶聯(lián)反應(yīng)33
• 2.4.2 含銅類水滑石催化甲苯與苯甲醛的氧化酯化反應(yīng)33
• 2.4.3 催化劑回收使用33
• 2.5 產(chǎn)物的分析測(cè)試33-35
• 3 以類水滑石CuZnAl為前驅(qū)體制備的催化劑對(duì)C-N交叉偶聯(lián)反應(yīng)的研究35-45
• 3.1 引言35
• 3.2 CuZnAl-LDO的表征結(jié)果35-39
• 3.2.1 XRD表征結(jié)果35-36
• 3.2.2 AAS的表征結(jié)果36
• 3.2.3 N_2物理吸附-脫附表征結(jié)果36-37
• 3.2.4 H_2-TPR表征結(jié)果37-38
• 3.2.5 XPS表征結(jié)果38
• 3.2.6 TG-DTA表征結(jié)果38-39
• 3.3 CuZnAl-LDO的催化性能測(cè)試結(jié)果39-44
• 3.3.1 Cu含量對(duì)偶聯(lián)反應(yīng)的影響39-40
• 3.3.2 Cu_2Zn_1Al_1-LDO催化劑的用量對(duì)偶聯(lián)反應(yīng)的影響40-41
• 3.3.3 堿的種類對(duì)偶聯(lián)反應(yīng)的影響41
• 3.3.4 堿的用量對(duì)偶聯(lián)反應(yīng)的影響41-42
• 3.3.5 Cu_2Zn_1Al_1-LDO催化劑穩(wěn)定性的研究42-43
• 3.3.6 底物擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)43-44
• 3.4 小結(jié)44-45
• 4 以類水滑石CuZnMgAl為前驅(qū)體制備的催化劑對(duì)C-N交叉偶聯(lián)反應(yīng)的研究45-54
• 4.1 引言45
• 4.2 CuZnMgAl-LDO的表征結(jié)果45-50
• 4.2.1 XRD表征結(jié)果45-46
• 4.2.2 N_2物理吸附-脫附表征結(jié)果46
• 4.2.3 H_2-TPR表征結(jié)果46-47
• 4.2.4 TG-DTA表征結(jié)果47-50
• 4.3 CuZnMgAl-LDO的性能測(cè)試結(jié)果50-53
• 4.3.1 銅催化劑的種類對(duì)偶聯(lián)反應(yīng)的影響50-51
• 4.3.2 物料比對(duì)偶聯(lián)反應(yīng)的影響51
• 4.3.3 堿和溶劑的種類對(duì)偶聯(lián)反應(yīng)的影響51-52
• 4.3.4 銅催化劑用量對(duì)偶聯(lián)反應(yīng)的影響52-53
• 4.4 小結(jié)53-54
• 5 類水滑石CuMgAl催化劑催化甲苯與苯甲醛的氧化酯化反應(yīng)的研究54-64
• 5.1 引言54
• 5.2 Cu_xMg_3-xAl_1-LDH的表征結(jié)果54-59
• 5.2.1 XRD表征結(jié)果54-55
• 5.2.2 N_2物理吸附-脫附表征結(jié)果55-56
• 5.2.3 H_2TPR的表征結(jié)果56-57
• 5.2.4 XPS的表征結(jié)果57-58
• 5.2.5 AAS的表征結(jié)果58-59
• 5.3 催化劑性能測(cè)試結(jié)果59-63
• 5.3.1 銅含量對(duì)甲苯與苯甲醛的氧化酯化反應(yīng)的影響59-60
• 5.3.2 Cu_2Mg_1Al_1-LDH催化劑用量對(duì)甲苯與苯甲醛的氧化酯化反應(yīng)的影響60
• 5.3.3 氧化劑種類對(duì)甲苯與苯甲醛的氧化酯化反應(yīng)的影響60-61
• 5.3.4 反應(yīng)溫度甲苯與苯甲醛的氧化酯化反應(yīng)的影響61
• 5.3.5 底物擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)61-62
• 5.3.6 Cu_2Mg_1Al_1-LDH催化劑穩(wěn)定性的研究62-63
• 5.4 小結(jié)63-64
• 參考文獻(xiàn)64-67
• 6 結(jié)論67-69
• 附錄169-75
• 附錄275-83
• 碩士期間學(xué)術(shù)論文創(chuàng)作與發(fā)表情況83-84
• 致謝84

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