膨润土负载型催化剂的制备及催化有机反应研究

论文摘要

膨润土负载型催化剂是一类优良的环境友好型催化剂,在目前催化研究领域中占有重要的位置。它具有制备工艺简单、催化选择性好、催化活性高、无污染、易与反应体系分离以及可循环使用等优点。本论文首先论述了膨润土负载型催化剂开发的意义及催化剂的研究进展,针对催化剂的制备和应用中存在的问题,较为系统地研究了催化剂的制备条件,进而研究了催化剂在合成缩酮、酯化、烷基化等有机反应中的应用,为实现该类催化剂的工业化应用打下了坚实的基础。本论文主要包括以下两个方面：1.催化剂的制备和表征首先对原料膨润土进行提纯和酸化处理,较系统地考察了酸化处理条件对膨润土结构及性能的影响,然后选择出最佳酸化程度的活性膨润土作为载体,负载钛锆复合氧化物和氯化锌制备固体酸催化剂。利用X射线衍射、红外光谱、比表面积、程序升温脱附等测试技术对催化剂的结构、比表面、酸中心等进行了表征。实验结果表明：适度的酸化处理并不会破坏膨润土的层状结构,同时还可以使膨润土表面积增大、酸中心增加、酸量增多,有利于活性组分的负载。活性膨润土负载钛锆复合氧化物和氯化锌之后,通过程序升温脱附测定可以发现负载膨润土的酸性位和酸量都有增加。然后对催化剂负载量和焙烧温度进行了研究,发现负载量的多少和焙烧温度对催化剂结构的形成和稳定存在显著的影响。膨润土负载钛锆复合氧化物的钛锆比为1：1,焙烧温度在500℃时催化剂比表面积最大、催化活性最高；膨润土负载氯化锌催化剂在负载量为2.0mmol／g、焙烧温度在350℃时具有最大的比表面积,氯化锌和膨润土之间可以形成稳定晶相。2.催化剂催化有机反应研究利用缩酮反应和烷基化反应分别作为对膨润土负载钛锆复合氧化物催化剂与膨润土负载氯化锌催化剂的活性评价体系,研究不同制备条件对催化剂活性的影响以及催化剂的稳定性能,并系统地探讨了合成目标产物的工艺条件。实验结果表明：膨润土复合氧化物在催化缩酮的反应中表现出良好的催化活性,在钛锆摩尔比为1：1、焙烧温度为500℃时重复使用五次仍具有很高的活性；膨润土负载氯化锌催化剂在催化烷基化反应中表现出良好的催化活性,负载量为2.0mmol／g、焙烧温度在350℃时,催化剂活性最高并且可以多次重复使用,相对酸化膨润土而言两类催化剂的催化性能和稳定性都有不同程度的提高。另外,对膨润土负载钛锆复合氧化物在酯化反应中的催化性能以及膨润土负载氯化锌在脱氨环化反应中的催化性能进行了探索性研究,成功地催化合成了乙酸正丁酯、碳酸丙烯酯等化合物。实验结果表明膨润土负载催化剂具有很高的催化选择性和催化活性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 膨润土的结构性能
• 1.2.1 膨润土的结构特点
• 1.2.2 膨润土的物理化学性质
• 1.2.3 膨润土作催化剂载体的可行性
• 1.3 膨润土负载型催化剂的研究进展
• 1.3.1 金属交联膨润土催化剂
• 1.3.2 有机改性膨润土催化剂
• 1.3.3 稀土改性膨润土催化剂
• 1.3.4 膨润土负载杂多酸催化剂
• 4^2-超强酸催化剂'>1.3.5 膨润土负载SO₄^2-超强酸催化剂
• 1.4 膨润土负载型催化剂在有机反应中的应用
• 1.4.1 酯化反应
• 1.4.2 重排反应
• 1.4.3 聚合反应
• 1.4.4 氧化反应
• 1.4.5 烷基化及环化反应
• 1.5 本论文的研究目的与研究内容
• 第二章 膨润土负载型催化剂的制备与表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂及仪器
• 2.2.2 膨润土的提纯处理
• 2.2.3 膨润土性能测定
• 2.2.4 膨润土负载型催化剂的制备
• 2.2.5 膨润土负载型催化剂的表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 膨润土的性能指标及表征结果分析
• 2.3.2 酸化改性膨润土的表征结果分析
• 2.3.3 膨润土负载钛锆复合氧化物的表征结果分析
• 2.3.4 膨润土负载氯化锌的表征结果分析
• 第三章 膨润土负载型催化剂在有机反应中的应用
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂及仪器
• 3.2.2 催化合成实验
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 膨润土负载钛锆复合氧化物催化合成缩酮反应
• 3.3.2 膨润土负载钛锆复合氧化物催化合成酯化反应
• 3.3.3 膨润土负载氯化锌催化合成二苯甲烷反应
• 3.3.4 膨润土负载氯化锌催化合成碳酸丙烯酯反应
• 第四章 膨润土负载型催化剂的研究、应用前景
• 4.1 膨润土负载型催化剂的问题与不足
• 4.2 膨润土负载型催化剂的研究展望
• 4.3 膨润土负载型催化剂的应用前景
• 参考文献
• 在校期间的研究成果及发表的学术论文
• 致谢