酸改性的MCM-41介孔材料的制备及其对乙酰化反应的催化性能

论文摘要

通过水热合成法制备出不同Si/Al比的介孔分子筛Al-MCM-41,并用浸渍的方法制得SO42-/Al-MCM-41固体酸催化剂。利用XRD、N2吸附、红外、吡啶吸附红外等手段对其进行了表征。通过吡啶吸附红外分析发现催化剂有质子酸活性中心,而未发现路易斯酸活性中心。将该固体酸催化剂用于1,4-二甲氧基苯、苯甲醚、2-甲氧基萘的乙酰化反应,发现催化剂的催化活性随着铝含量的增加而加强,并表现出比其他固体酸催化剂更好的催化活性。根据实验结果,提出了催化剂催化芳烃乙酰化反应的可能机理。考察了催化剂用量、反应温度、反应时间和底物与乙酸酐的配比等因素对底物转化率和产品选择性的影响。对该催化剂进行了循环使用,探讨了催化剂失活的原因。发现在SO42-/Al-MCM-41（30）催化下,苯甲醚转化率达到80.6%,选择性为94%。2-甲氧基萘的转化率可达82.9%,选择性为87.1%,但对1,4-二甲氧基苯转化率仅为26.4%。通过水热合成法制备出纯硅介孔分子筛MCM-41,并用浸渍方法将磷钨杂多酸H3PW12O40（PW）负载到MCM-41上,制得不同负载量的PW/MCM-41固体酸催化剂。利用XRD、N2吸附、FT-IR、TPD-NH3等手段对其进行了表征。结果表明,当磷钨酸在MCM-41负载量为50%时,XRD检测出磷钨酸晶相峰。当磷钨酸负载到MCM-41后,由于和MCM-41较强的相互作用,酸强度变弱,但是仍然保持Keggin结构。将其用于1,4-二甲氧基苯、苯甲醚的乙酰化反应,发现底物转化率并未随负载量的增加而变大,而是在负载量为30%时催化效果最好。同时考察了反应温度、反应时间、原料配比、催化剂用量对底物转化率的影响。其中在140℃下反应4h后苯甲醚转化率可达77%,对甲氧基苯乙酮的选择性为96.5%,而对1,4-二甲氧基苯乙酰化反应表现了相对较差的活性,在同样的条件下,其转化率仅为28.3%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1-1 前言
• 1-2 固体酸催化剂研究进展
• 1-2-1 固体酸的定义及分类
• 1-2-2 分子筛
• 1-2-3 杂多酸及其负载
• 1-3 固体酸催化傅-克反应的研究进展
• 1-3-1 固体超强酸催化傅-克酰基化反应
• 1-3-2 分子筛催化傅-克酰基化反应
• 1-3-3 磷钨酸及负载磷钨酸催化傅-克酰基化反应
• 1-3-4 阳离子交换树脂催化傅-克酰基化反应
• 1-4 介孔分子筛的研究进展
• 1-4-1 MCM-41的合成及形成机理
• 1-4-2 MCM-41的无机改性及应用
• 1-5 本课题的主要研究内容与创新点
• 第二章 实验试剂与仪器
• 2-1 主要化学试剂
• 2-2 实验仪器及设备
• 2-3 催化剂及产品表征
• 2-4 催化剂活性的评价
• 第三章 介孔分子筛Al-MCM-41及其硫酸化物的制备及对乙酰化反应的催化性能
• 3-1 实验部分
• 3-1-1 催化剂的制备
• 3-1-2 催化乙酰化反应
• 3-2 结果与讨论
• 3-2-1 催化剂的制备
• 3-2-2 催化剂的表征
• 3-3 催化活性的考察
• 3-3-1 催化苯甲醚和1,4-二甲氧基苯的乙酰化反应
• 3-3-2 催化2-甲氧基萘的乙酰化反应
• 3-3-3 催化剂重复使用
• 3-3-4 不同底物的乙酰化反应
• 3-4 小结
• 第四章 MCM-41负载磷钨酸固体酸催化剂的制备及对乙酰化反应的催化性能
• 4-1 实验部分
• 4-1-1 催化剂的制备
• 4-1-2 催化乙酰化反应
• 4-2 结果与讨论
• 4-2-1 磷钨酸的负载
• 4-2-2 催化剂表征
• 4-3 催化活性的考察
• 4-3-1 催化甲氧基苯的乙酰化反应
• 4-3-2 催化剂重复使用
• 4-4 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果