水滑石基固体碱的制备及其催化羟醛缩合反应性能

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生物质是重要的可再生资源,通过解聚和催化转化将其转化为价值更高的有机物中间体,是实现生物质利用的有效途径。羟醛缩合是有机合成中增加碳链长度的重要反应。传统的羟醛缩合反应常以酸或碱溶液作为催化剂,反应后易产生环境污染、设备腐蚀等问题。非均相催化剂具有环境友好、容易分离等优点。水滑石(LDHs)及其煅烧产物(LDO)由于独特的结构记忆效应和层状结构,并且其自身带有一定的碱性,常作为固体碱催化剂用于催化反应中,是一类具有研究价值和潜力的非均相催化剂。本文制备了三种水滑石基固体碱催化剂,用于丙酮和苯甲醛的羟醛缩合反应中,并探究其催化性能。主要研究内容如下:(1)采用共沉淀法合成CaMgAl水滑石。采用热重(TG)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、CO2程序升温脱附(CO2-TPD)、扫描电镜(SEM)等表征手段对其进行表征。结果表明,制备的CaMgAl水滑石具有较好的层状结构,并且其中的Ca、Mg和Al元素分散均匀,与Ca Al水滑石和Mg Al水滑石相比,CaMgAl水滑石具有更多的弱、中强碱性位点。Ca/Mg/Al物质的量比为2:1:1的样品催化活性较高。催化剂用量与反应液的质量比为1:14,苯甲醛/丙酮物质的量比为1:9,在130°C条件下反应进行4 h,苯甲醛的转化率达96.6%,亚苄基丙酮的收率为87.8%,二亚苄基丙酮的收率为6.7%。(2)采用再水合法合成重构CaZnAl水滑石。采用TG、FT-IR、XRD、CO2-TPD、SEM、N2-吸附脱附等表征方法对其进行表征。结果表明:通过调控层板金属阳离子组成中的Zn/Al物质的量比,使催化剂样品具有更多的弱、中强碱性位点,达到了调控催化剂表面酸碱性位点的目的。Ca/Zn/Al物质的量比为4:0.3:0.7的样品具有较高的催化活性。当苯甲醛/丙酮物质的量比为1:10,催化剂与反应液质量比为1:25,在130°C条件下反应4 h,苯甲醛的转化率为98.7%,亚苄基丙酮的收率为88.5%,二亚苄基丙酮的收率为7.0%。(3)制备Ca O-La2O3复合金属氧化物。采用TG、CO2-TPD、SEM、XRD等表征方法对其进行表征。结果表明:La元素的加入,使Ca O-La2O3样品的弱、中强碱性位点数量增加,从而使其催化活性增加。Ca/La物质的量比为4:1的样品催化活性较高。当苯甲醛/丙酮物质的量比为1:9,催化剂与反应液质量比1:28,在130°C条件下反应进行3 h,苯甲醛的转化率达到97.9%,亚苄基丙酮的收率为84.0%,二亚苄基丙酮的收率为11.7%。
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