SO42-/ZrO2-MO3（M=Mo、W）固体酸的制备及催化合成乙酸正丁酯

论文摘要

酸催化剂催化酯化反应引人关注,目前工业上主要以浓硫酸为催化剂,但是液体酸催化剂具有容易腐蚀设备,产物分离困难,环境污染严重等缺点,因此开发环境友好的固体强酸催化剂具有重要意义。SO42-/ZrO2固体酸催化剂因其强酸性引起了人们浓厚的兴趣,被认为是最有前途的固体酸催化剂。但SO42-/ZrO2的缺点是失活快,稳定性差。在反应体系中加入新的氧化物既可保证SO42-/ZrO2本身的特性,又克服了自身的缺陷。本论文就是利用上述原理采用浸渍法制备了SO42-/ZrO2-MoO3及SO42-/ZrO2-MoO3-WO3固体酸催化剂。同时利用XRD、FT-IR、DTA、SEM及TEM等手段对催化剂进行了结构与活性的表征。从MoO3、WO3的添加量及焙烧温度等因素对ZrO2晶化温度和晶型转变温度的影响研究表明:MoO3的引入提高了ZrO2由ZrO2（t）向ZrO2（m）转化的温度,同时WO3能够与MoO3产生协同作用,更有效地抑制ZrO2高温下的烧结,使ZrO2在更宽的温度范围内维持ZrO2（t）。SEM结果表明,MoO3以柱状形式弥散在ZrO2基质中,高温烧结过程中起到钉扎的作用,阻碍了扩散传质的进行以及晶界的移动,从而抑制了ZrO2晶体的生长。对自制的固体酸在催化合成乙酸正丁酯的反应中的作用机理进行探讨,采用固定因素实验轮换法,对催化反应的条件进行探索,确定最佳工艺条件为:使用SZMW-0.03-650固体酸,投加量为0.3g,在反应物用量为6.0g冰乙酸、8.88g正丁醇,反应时间为1.5h的反应条件下,酯化率高达84.8%。在相同反应条件下,该催化剂与其他一些酸性催化剂相比,具有产率高、方便收回、重复使用性好的优势,使用5次后产物收率仍可达70.3%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 固体酸催化剂的简介
• 1.2.1 固体酸催化剂的发展历史
• 1.2.2 固体酸的定义
• 1.2.3 固体酸的分类
• 1.2.4 固体酸的制备
• 1.2.5 固体酸的结构特征
• 4^2-/ZrO₂-MO₃（M=Mo/W）固体酸催化剂的研究'>1.3 SO₄^2-/ZrO₂-MO₃（M=Mo/W）固体酸催化剂的研究
• 1.4 负载型催化剂及自发单层分散模型
• 1.4.1 自发单层分散模型的提出
• 1.4.2 自发单层分散原理的解释
• 1.5 本课题研究的意义和主要内容
• 第2章 实验部分
• 2.1 试剂与仪器
• 2.2 样品的制备
• 4^2-/ZrO₂的制备'>2.2.1 固体酸SO₄^2-/ZrO₂的制备
• 4^2-/ZrO₂-MoO₃的制备'>2.2.2 固体酸SO₄^2-/ZrO₂-MoO₃的制备
• 4^2-/ZrO₂-MoO₃-WO₃的制备'>2.2.3 固体酸SO₄^2-/ZrO₂-MoO₃-WO₃的制备
• 2.3 催化剂样品的表征
• 2.3.1 X-射线衍射分析（XRD）
• 2.3.2 差热分析（DTA）
• 2.3.3 傅立叶变换红外光谱分析（FT-IR）
• 2.3.4 扫描电子显微镜分析（SEM）
• 2.3.5 透射电子显微镜分析（TEM）
• 2.4 本章小结
• 第3章 复合氧化物固体酸的结构表征
• 4^2-/ZrO₂-MoO₃固体酸的表征'>3.1 SO₄^2-/ZrO₂-MoO₃固体酸的表征
• 3.1.1 物相结构分析
• 3.1.2 官能团结构分析
• 3.1.3 热稳定性能分析
• 3.1.4 形貌分析
• 4^2-/ZrO₂-MoO₃-WO₃固体酸的表征'>3.2 SO₄^2-/ZrO₂-MoO₃-WO₃固体酸的表征
• 3.2.1 物相结构分析
• 3.2.2 官能团结构分析
• 3.2.3 热稳定性能分析
• 3.2.4 形貌分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 固体酸催化合成乙酸正丁酯的研究
• 4.1 概述
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 固体酸催化酯化反应机理
• 4.2.2 酯化反应的制备及反应装置
• 4.2.3 产物分析及数据处理
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 焙烧温度对酯化反应的影响
• 4.3.2 催化剂用量对酯化反应的影响
• 4.3.3 反应时间对酯化反应的影响
• 4.3.4 醇/酸用量对酯化反应的影响
• 4.3.5 催化剂的寿命考察
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢