固体超强碱Na2SnO3和MgO-SnO2的制备、表征及催化应用

论文摘要

随着绿色化学的发展以及环保意识的加强,环境友好型催化剂的研究越来越受到重视。固体超强碱催化剂不仅具有高的活性和选择性,而且反应条件温和、产物易于分离、可循环使用、对设备腐蚀性小等优点,已经成功应用于烯烃的双键异构化反应、氧化反应、还原反应、酯交换反应、Michael加成反应、Knoevenagel缩合反应等有机反应中。本文首次研制出新型固体超强碱催化剂Na2SnO3和MgO-SnO2,采用TG-DSC、XRD、N2吸附-脱附等温线、SEM、XPS、Hammett指示剂法、CO2-TPD以及烯烃双键异构化探针反应等表征技术对催化剂的结构、热稳定性及催化剂的比表面积、孔径分布、表面性质、碱性进行了详细研究。用反马氏迈克尔加成反应、异丙醇脱氢反应、碳酸丙烯酯与甲醇的酯交换反应以及醛、丙二腈与活泼亚甲基化合物的三元缩合反应探讨了其催化性能,并研究了其反应机理。取得的主要研究成果如下:（1）在氮气保护下,通过简单的热处理水合锡酸钠得到固体超强碱Na2SnO3,其碱强度为26.5≤H-<33.0,碱量高达0.254 mmol/g。在350oC处理2 h时,锡酸钠具有最高的碱度和超强碱量,对反马氏迈克尔加成反应、异丙醇脱氢反应、碳酸丙烯酯与甲醇的酯交换反应具有高的活性和选择性。揭示了催化剂超强碱性与催化性能之间的关系:碱强度越大,催化活性越高;在碱强度相同的情况下,碱量越大,催化活性越高。另外,可以通过原位热处理水合锡酸钠,得到的超强碱应用于特定反应,解决了超强碱的贮存问题,这一超强碱催化剂将在催化领域和精细化学品合成领域具有潜在的应用价值。（2）在前面的工作基础上,通过水热合成法及热处理制得了另一种新的固体超强碱催化剂MgO-SnO2,其碱强度为26.5≤H-<33.0,超强碱量为0.939 mmol/g。表征结果显示该固体超强碱呈球形形貌,直径大约为150 nm,属于介孔材料,比表面积为115.2 m2/g,平均孔径为6 nm。将该超强碱应用于醛、丙二腈与活泼亚甲基化合物的三元缩合反应中,取得了较好的催化效果。此研究提供了制备氧化物型固体超强碱的新方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 固体超强碱催化剂的种类
• 1.2.1 非负载型
• 1.2.2 负载型
• 1.3 固体超强碱表面活性中心的性质
• 1.3.1 非负载型固体超强碱的表面活性中心
• 1.3.2 负载型固体超强碱的强碱位
• 1.4 工业应用
• 1.5 固体超强碱催化剂碱性表征
• 1.5.1 Hammett指示剂法
• 2-程序升温脱附法（CO₂-TPD）'>1.5.2 CO₂-程序升温脱附法（CO₂-TPD）
• 1.5.3 红外光谱法（IR）
• 1.5.4 X光电子能谱法
• 1.5.5 差热热重
• 1.5.6 探针反应法
• 1.5.7 其他方法
• 1.6 固体超强碱催化剂在有机合成中的应用
• 1.6.1 烯烃的双键转移
• 1.6.2 共扼双烯的加氢反应
• 1.6.3 烷基苯的侧链烷基化
• 1.6.4 羟醛缩合
• 1.6.5 酯交换
• 1.6.6 Michael加成
• 1.6.7 Knoevenagel缩合
• 1.6.8 其它催化应用
• 1.7 论文研究的目的和意义和主要内容
• 1.7.1 论文研究的目的和意义
• 1.7.2 论文研究的主要内容
• 第2章 固体超强碱锡酸钠及其催化应用
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验试剂
• 2.2.2 实验仪器
• 2.2.3 催化剂制备
• 2.2.4 催化剂表征
• 2.2.5 催化剂性能评价
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 催化剂的表征
• 2.3.2 催化的性能评价
• 2.3.3 催化剂的重复使用性
• 2.3.4 可能的反应机理
• 2.4 本章小结
• 2 的制备及其催化应用'>第3章 固体超强碱MgO-SnO₂的制备及其催化应用
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验试剂
• 3.2.2 实验仪器
• 3.2.3 催化剂制备
• 3.2.4 催化剂表征
• 3.2.5 催化剂性能评价
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 催化剂的表征
• 3.3.2 催化剂的性能评价
• 3.3.3 可能的反应机理
• 3.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 附录A 攻读硕士学位期间发表的论文
• 附录B 攻读硕士学位期间申请的专利
• 附录C 部分产物的1H NMR谱图
• 致谢