微波辐射下金属离子改性Hβ分子筛催化合成蒽醌

论文摘要

蒽醌是重要的化工原料和精细化工中间体,在诸多领域有着广泛应用。但是传统均相催化剂（AlCl3,H2SO4等）的使用带来了严重的环境问题,因此研发一种绿色无污染,且能回收利用的固体酸催化剂具有重要的意义。为了缩短催化剂的改性时间,提高催化效率,本文采用了微波辐射加热代替常规加热改性β分子筛。考察了微波辐射加热β分子筛铵交换的影响因素,得出最适宜的改性条件:铵交换次数为1次,铵交换微波辐射功率为390W,交换时间为15min,干燥功率为325W,干燥时间为15min,焙烧温度为550℃,焙烧时间为5h。将以上所得催化剂用于催化苯与苯酐的反应,最佳反应条件为:反应物配比n（苯）/n（苯酐）为16/1,催化剂用量占反应物总质量的8.0%,反应温度250℃,反应时间5h。在以上最优化条件下,苯酐转化率为31.68%,蒽醌选择性为87.66%。与常规法相比,微波辐射加热能提高分子筛的改性效率,并能有效地改善其催化性能。经XRD表征后发现,微波辐射加热改性的分子筛其特征峰未发生任何变化,说明其骨架结构未被破坏。本文用不同浓度的Al2（SO4）3,TiCl4,Ti（SO4）2,FeCl3,Ce（NH4）2（NO3）6,InCl3在微波加热条件下对Hβ分子筛进行改性,实验发现0.5mol·L-1Al2（SO4）3,0.04 mol·L-1InCl3和0.4mol·L-1TiCl4改性Hβ分子筛催化效果较好,苯酐转化率分别达到41.89%,49.09%,40.41%,苯酐选择性分别达到92.78%,75.35%,90.16%;而其它金属盐如Ti（SO4）2,FeCl3,Ce（NH4）2（NO3）6,改性分子筛的催化活性较低。将0.5mol L1Al2（SO4）3改性的分子筛进行再生性实验,考察其使用寿命,发现改性后的分子筛可重复利用十次,苯酐转化率和蒽醌选择性未发现明显下降。利用吡啶红外吸附光谱、NH3程序升温脱附、X射线粉末衍射、N2的吸附脱附等方法对催化剂进行了表征。实验证明,中强酸是该反应的活性中心,改性后分子筛以L酸为主,该反应的催化活性中心为L酸性位,当L酸与B酸量有合适比例时催化效果最好。本文探讨了用溶剂法对产物进行分离提纯,通过对不同溶剂的筛选,发现二甲亚砜（DMSO）是合适的溶剂,其对苯酐的溶解度为8.57,而对蒽醌的溶解度仅为0.038,分离得到蒽醌的纯度大于96%,回收率大于92%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 工业生产蒽醌的方法
• 1.3 β分子筛在Friedel Crafts 酰基化反应中的应用
• 1.4 微波技术在催化领域的应用
• 1.4.1 微波反应机理
• 1.4.2 微波诱导催化反应
• 1.4.3 微波无机合成
• 1.4.4 微波有机合成
• 1.4.5 微波在分子筛合成中的应用
• 1.4.6 微波技术在分子筛改性中的应用
• 1.4.7 微波技术在蒽醌及其衍生物合成中的应用
• 1.5 Lewis 酸在分子筛改性中的应用
• 1.6 铝离子在分子筛改性中的应用
• 1.7 蒽醌的分离与提纯
• 1.8 本文研究内容
• 第二章 实验部分
• 2.1 仪器和试剂
• 2.1.1 实验药品
• 2.1.2 实验仪器及型号
• 2.2 β分子筛的改性
• 2.2.1 微波辐射法铵交换
• 2.2.2 常规加热法铵交换
• 2.2.3 微波辐射加热金属离子改性Hβ分子筛
• 2.3 分子筛催化剂的活化和再生
• 2.4 催化剂性能评价
• 2.5 目标产物的分离与提纯
• 2.6 催化剂的表征
• 2.6.1 XRD 表征
• 3-TPD 表征'>2.6.2 NH₃-TPD 表征
• 2.6.3 吡啶吸附IR 表征
• 2.6.4 BET 表征
• 2.7 本章小结
• 第三章 微波辐射下铵交换Naβ分子筛催化合成蒽醌
• 3.1 微波辐射加热铵交换β分子筛的条件探讨
• 3.1.1 常规加热法铵交换对分子筛催化性能的影响
• 3.1.2 微波辐射加热功率对铵交换分子筛催化性能的影响
• 3.1.3 微波辐射加热铵交换时间对催化剂催化性能的影响
• 3.1.4 微波辐射加热分子筛干燥功率对催化性能的影响
• 3.1.5 微波辐射加热干燥时间对分子筛催化性能的影响
• 3.2 酰化反应条件的优化
• 3.3 不同加热方式改性所得催化剂的催化性能的比较
• 3.4 本章小结
• 第四章 微波辐射下金属离子改性Hβ分子筛催化合成蒽醌
• 4.1 金属离子改性Hβ分子筛的催化性能
• 2（S0₄）₃改性Hβ分子筛的催化性能'>4.1.1 Al₂（S0₄）₃改性Hβ分子筛的催化性能
• 4改性Hβ分子筛的催化性能'>4.1.2 TiCl₄改性Hβ分子筛的催化性能
• 4）₂改性的Hβ分子筛的催化性能'>4.1.3 Ti（S0₄）₂改性的Hβ分子筛的催化性能
• 3改性Hβ分子筛的催化性能'>4.1.4 FeCl₃改性Hβ分子筛的催化性能
• 3改性Hβ分子筛的催化性能'>4.1.5 InCl₃改性Hβ分子筛的催化性能
• 4.1.6 Ceβ分子筛的催化性能
• 4.2 不同金属离子改性的Hβ分子筛表面酸性与催化性能的关系
• 4.2.1 催化剂表面酸量与催化性能性能的关系
• 4.2.2 改性催化剂酸的种类与催化性能的关系
• 4.3 本章小结
• 第五章 硫酸铝改性Hβ分子筛催化性能及其使用寿命的研究
• 2（S0₄）₃改性Hβ分子筛改性条件及反应条件的研究'>5.1 Al₂（S0₄）₃改性Hβ分子筛改性条件及反应条件的研究
• 5.1.1 程序升温焙烧时间对Alβ分子筛催化性能的影响
• 5.1.2 外加压力对Alβ分子筛催化性能的影响
• 5.1.3 溶剂极性对Alβ分子筛催化性能的影响
• 5.2 Alβ分子筛催化剂的再生性能和使用寿命考察
• 5.2.1 催化剂连续使用和再生性能考察
• 5.2.2 催化剂使用寿命考察
• 5.3 本章小结
• 第六章 溶剂法分离提纯蒽醌
• 6.1 蒽醌的分离与提纯
• 6.1.1 不同溶剂对苯酐与蒽醌的溶解度
• 6.1.2 不同温度下苯酐和蒽醌在DMSO 中的溶解度测定
• 6.1.3 DMSO 对蒽醌的分离效果
• 6.2 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间取得的成果
• 致谢