稀土固体超强酸的制备及其催化酯化反应的研究

论文摘要

传统酯化反应多以液态强酸如浓硫酸为催化剂,虽工艺较成熟也取得了一定的成就,但存在许多缺陷,如副产物多,环境污染严重,设备腐蚀厉害以及产品流失等。随着绿色化学（Green Chemistry）和少污染工艺的发展,固体酸催化剂代替液态酸催化剂已势在必行。固体超强酸是比100%的浓H2SO4还强的酸（H0<-11.93）,它能在较温和条件下催化许多难以进行的化学反应,且无腐蚀性、无污染、易分离、具有高活性和高选择性等特点,在催化领域正逐渐成为研究的热点。近年来,国内外学者从分子筛、杂多酸、固体超强酸等新型催化材料中开发环境友好的固体酸催化剂已取得重大进展。（1）采用溶胶-凝胶法以钛酸丁酯为原料,经水解缩聚再缩聚,并用浸渍法添加稀土Ce和La,一定温度焙烧后制得稀土固体超强酸。在硬脂肪酸和正丁醇的酯化反应中表现出很高活性,并分别考察了浸泡液硫酸浓度、稀土离子浓度及焙烧温度,对催化剂活性的影响。（2）通过IR,SEM,BET,XRD,Hammette指示剂等手段对稀土固体超强酸的结构、比表面积、形貌及酸性进行了测定和分析。（3）采用自制的稀土固体超强酸SO42-/TiO2/Ce4+、SO42-/TiO2/La3+分别合成硬脂肪酸甲酯、硬脂肪酸乙酯、硬脂肪酸正丁酯和α-氯代脂肪酸甲酯,实验分别考察了反应时间、温度、醇酸物质的量比和催化剂用量对酯化率的影响,并由此得出最佳反应条件。（4）以硬脂肪酸和正丁醇的酯化反应为探针,设计系列对照实验,对稀土固体超强酸的失活机理及再生条件进行了初步的探讨。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 酯化反应概述
• 1.2.1 目前常用酯化方法介绍
• 1.2.2 酯化反应常用催化剂介绍
• 1.2.3 绿色化学中选择催化剂依据
• 1.3 固体超强酸催化剂的相关研究
• 1.3.1 固体超强酸概念、分类及特征
• 1.3.2 固体超强酸的酸中心形成机理
• 1.4 固体超强酸酸强度的描述
• 1.5 固体酸催化剂制备方法的介绍
• 1.5.1 沉淀法
• 1.5.2 浸渍法
• 1.5.3 水解法
• 1.5.4 溶胶-凝胶法
• 1.5.5 固相法
• 1.5.6 水热法
• 1.5.7 其它方法
• 1.6 固体超强酸的发展过程
• 1.6.1 改进固体超强酸的促进剂
• 1.6.2 改进固体超强酸的载体
• 1.6.3 改进固体超强酸的制备方法
• 1.7 选题背景意义及研究思路
• 1.7.1 选题背景意义
• 1.7.2 研究思路
• 第2章 稀土固体超强酸的制备
• 2.1 实验药品及主要仪器设备
• 2.1.1 实验药品
• 2.1.2 实验主要仪器设备
• 2.2 稀土固体超强酸制备的实验步骤
• 2 干凝胶的制备'>2.2.1 TiO₂干凝胶的制备
• 4^2-/TiO₂（ST）的制备'>2.2.2 SO₄^2-/TiO₂（ST）的制备
• 4^2-/TiO₂-Ce4+（STC）的制备'>2.2.3 SO₄^2-/TiO₂-Ce4+（STC）的制备
• 4^2-/TiO₂-La3+ （STL）的制备'>2.2.4 SO₄^2-/TiO₂-La3+ （STL）的制备
• 2.3 硬脂肪酸与正丁醇探针实验
• 2.3.1 酯化反应步骤
• 2.3.2 酯化率的测定
• 2.4 实验结果与讨论
• 2.4.1 硫酸根促进剂浓度的影响
• 2.4.2 稀土离子浓度的影响
• 2.4.3 活化温度的影响
• 2.5 本章小结
• 第3章 稀土固体超强酸的表征
• 3.1 实验药品及主要仪器
• 3.1.1 实验药品
• 3.1.2 实验主要仪器设备
• 3.2 表征方法介绍
• 3.2.1 傅立叶变换红外光谱法FT-IR
• 3.2.2 元素分析（EDX）
• 3.2.3 电子扫描电镜（SEM）
• 3.2.4 比表面积法（BET）
• 3.2.5 X-射线衍射（XRD）
• 3.2.6 Hammett 指示剂法测定超强酸的酸强度
• 3.3 分析结果及讨论
• 3.3.1 样品红外光谱图分析
• 3.3.2 样品元素分析
• 3.3.3 不同制备条件所得样品的SEM 分析
• 3.3.4 不同制备条件所得样品比表面积分析
• 3.3.5 不同制备条件所得样品的XRD 分析
• 3.3.6 Hammett 指示剂法测定结果及分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 稀土固体超强酸催化酯化反应
• 4.1 实验药品及主要仪器
• 4.1.1 实验药品
• 4.1.2 主要仪器
• 4.2 实验内容
• 4.2.1 自制催化剂的制备
• 4.2.2 合成酯的实验步骤
• 4.2.3 酯化率的测定
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 反应时间与酯化率的关系
• 4.3.2 反应温度对酯化率的影响
• 4.3.3 醇酸物质的量的比对酯化率的影响
• 4.3.4 催化剂用量对酯化率的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 稀土固体超强酸重复使用性及失活机理探讨
• 5.1 实验药品及仪器
• 5.2 实验内容
• 5.2.1 稀土固体超强酸样品的制备
• 5.2.2 稀土固体超强酸的重复使用
• 5.2.3 催化剂再生情况实验
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 Hammett 指示剂法测定重复使用的催化剂酸强度
• 5.3.2 稀土铈和硫的含量变化对酯化率的影响
• 5.3.3 催化剂再生条件
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 创新点
• 6.3 后续工作建议
• 参考文献
• 攻读硕士学位论文期间发表的论文
• 附录
• 致谢