疏水性SBA-15固体酸催化剂的制备、表征及性能研究

论文摘要

介孔分子筛SBA-15具有高比表面积、孔道结构规则、孔径易于调节、热稳定性和水热稳定性好、内外表面易改性等优点,因此在催化化学和吸附分离等领域有很大的潜在应用前景。对SBA-15进行有机功能化修饰,在原子和分子水平上对催化剂进行设计,为合成功能优异的多相反应催化剂提供了途径。本论文分别采用嫁接法和直接法合成了疏水性SBA-15介孔分子筛固体酸催化剂,使其同时具有不同的疏水性质和可调控的酸中心数,并在乙酸和正丁醇的酯化反应中考察了其催化性能。研究主要包括以下三部分:1.在合成SBA-15介孔分子筛的基础上,用嫁接法在介孔分子筛SBA-15的外表引入不同的疏水性有机基团,除去模板剂后,在其内表面引入丙磺酸基团,从而得到嫁接法改性的SBA-15介孔分子筛固体酸。经XRD表征发现,嫁接法改性的SBA-15较好地保持了SBA-15有序的二维六方孔道结构。经IR、测定接触角、滴定酸量等表征发现有机基团已经定位引入到SBA-15的内外表面,且经TGA表征发现,引入的有机基团的热稳定性较好。2.以三嵌段共聚物PEO20-PPO70-PEO20（P123）为模板剂,正硅酸乙酯为硅源,与合适的硅烷共缩聚,用直接法制备了疏水性SBA-15介孔分子筛固体酸。经XRD表征发现直接法改性的SBA-15同样具有较好的有序孔道结构,但在带有有机基团的硅烷的引入量达到26.42%时,很难得到有序的介孔结构。经IR、测定接触角、滴定酸量等表征发现有机基团已很好的引入到SBA-15中,且其改性效果比嫁接法改性的相应样品要好。其中制备的催化剂样品d-C16H33-SBA-15-SO3H（α=0.111）的润湿接触角可达91.90°,酸量达0.98mmolH+/g,经TGA表征同样发现其引入有机基团的热稳定性较好。3.以乙酸和正丁醇的酯化反应为探针实验,考察了改性SBA-15的催化性能,结果发现样品d-C16H33-SBA-15-SO3H（α=0.111）的催化效果最优。在催化剂用量为乙酸质量的10%,反应时间为6h的条件下,乙酸转化率达83.2%,并可重复利用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 介孔材料概述
• 1.2 有序介孔材料的合成
• 1.3 有序介孔二氧化硅的改性
• 1.4 介孔分子筛SBA-15概述
• 1.5 本课题研究的目的、内容和意义
• 2 实验药品、仪器及表征
• 2.1 实验药品
• 2.2 实验仪器
• 2.3 催化剂的表征方法
• 2.4 催化剂的活性评价
• 3 疏水性SBA-15固体酸催化剂的制备
• 3.1 引言
• 3.2 嫁接法制备疏水性SBA-15介孔分子筛固体酸催化剂
• 3.3 直接法制备疏水性SBA-15介孔分子筛固体酸催化剂
• 3.4 小结
• 4 催化剂的表征与分析
• 4.1 引言
• 4.2 样品的结构分析
• 4.3 样品的表面化学性质
• 4.4 样品的热稳定性
• 4.5 小结
• 5 疏水性SBA-15固体酸催化合成乙酸正丁酯的研究
• 5.1 引言
• 5.2 试验部分
• 5.3 结果与讨论
• 5.4 小结
• 6 主要结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间所取得的科研成果