负载型硫酸锆催化合成柠檬酸三丁酯

论文摘要

增塑剂是世界产量和消费量最大的塑料助剂之一,其中邻苯二甲酸酯类用途最广、用量最大,占据市场份额的绝大多数。但国外研究多质疑邻苯二甲酸酯类增塑剂的安全性。因此,柠檬酸三丁酯作为无毒增塑剂之一,受到人们关注。目前,传统的合成柠檬酸三丁酯的方法存在弊端,且不符合环境的要求,寻找一种环境友好的酯化催化剂尤为重要。硫酸锆用于合成直链脂肪酸酯的报道为合成柠檬酸三丁酯开辟了新的思路。本文采用直接浸渍法,以γ-Al2O3、HZSM-5、HY、HMS和MCM-41为载体制备了负载型硫酸锆催化剂,采用X射线衍射、紫外可见漫反射、扫描电镜、透射电镜、热重和吡啶-红外对所得催化剂进行表征。将负载型硫酸锆用于催化合成柠檬酸三丁酯的反应,研究了载体种类、硫酸锆负载量、焙烧温度等对催化剂催化性能的影响。结果表明,以HMS和MCM-41为载体制备的催化剂能够充分提高硫酸锆的利用率,在优化的反应条件下,以180℃焙烧的40 wt%Zr（SO4）2·4H2O／HMS为催化剂,酯化率和柠檬酸三丁酯的收率分别达到92.8%和92.3%。研究了40 wt%Zr（SO4）2·4H2O／HMS催化合成柠檬酸三丁酯的重复使用性能。采用氯甲烷等溶剂洗涤已用催化剂未能恢复其原有活性。采用吡啶红外、热重和电感耦合等离子发射仪分析催化剂使用前后的变化。结果表明,催化剂被产物严重吸附,导致覆盖部分活性中心；柠檬酸对锆离子的强络合作用使得催化剂中锆流失严重,导致丧失部分活性中心。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 柠檬酸三丁酯性质
• 1.2 柠檬酸三丁酯应用
• 1.3 柠檬酸三丁酯的生产
• 1.4 合成柠檬酸三丁酯的催化剂
• 1.4.1 有机磺酸
• 1.4.2 氯化物
• 1.4.3 稀土化合物
• 1.4.4 硫酸盐
• 1.4.5 固体超强酸
• 1.4.6 杂多酸
• 1.4.7 分子筛
• 1.4.8 离子液体
• 1.5 硫酸锆在多相催化反应中的应用
• 1.5.1 硫酸锆催化酯化反应
• 1.5.2 硫酸锆催化其它反应
• 1.5.3 课题选择
• 2 实验部分
• 2.1 实验试剂
• 2.2 催化剂制备
• 2.3 催化剂表征
• 2.4 酯化反应
• 2.5 产品分析方法
• 3 结果与讨论
• 3.1 前言
• 3.2 不同添加物对合成柠檬酸三丁酯的影响
• 3.3 负载型硫酸锆对合成柠檬酸三丁酯的影响
• 3.3.1 负载型硫酸锆的XRD表征
• 3.3.2 负载型硫酸锆的UV-vis表征
• 3.3.3 负载型硫酸锆的SEM表征
• 3.3.4 负载型硫酸锆的TEM表征
• 3-TPD表征'>3.3.5 负载型硫酸锆的NH₃-TPD表征
• 3.3.6 负载型硫酸锆催化合成柠檬酸三丁酯的性能
• 3.4 负载量对合成柠檬酸三丁酯的影响
• 3.4.1 硫酸锆负载量对合成柠檬酸三丁酯的影响
• 3.4.2 硫酸锆在不同载体上的负载规律
• 3.4.3 硫酸锆在不同载体上的热稳定性
• 3.5 焙烧温度对合成柠檬酸三丁酯的影响
• 3.6 催化剂用量的影响
• 3.7 催化剂重复使用性能
• 3.8 催化剂失活原因探讨
• 3.9 酯化反应机理
• 3.10 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢