固体酸催化剂的制备及其催化性能的研究

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ruifanglong198526
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众所周知,酸催化剂在酯化反应中是必不可少的,酯化反应是合成许多精细化学品如香水、溶剂、药品、食品防腐剂、化妆品和生物燃料的常见和必要的反应。工业酯化过程中常用的酸催化剂主要是均相无机酸(如硫酸),催化活性高,成本低。然而,液体酸催化剂具有强腐蚀性,会带来催化剂难分离、对环境不友好等难题,不符合当今绿色化学的主题。因此开发具有稳定性高、绿色环保的固体酸催化剂是当今催化领域的研究重点,用非均相酸催化剂取代这些均相酸催化剂是非常必要的。氧化铝在催化剂和吸附剂领域都有着广泛的应用,因此制备大孔大比表面积的氧化铝是当前的研究重点。本文主要研究内容如下:(1)以水热法制备氧化铝,将偏铝酸钠溶液和硫酸铝溶液混合搅拌,通过改变溶液的p H得到了不同终点p H制备的薄水铝石;使用不同酸性铝源制备了不同阴离子的薄水铝石,进一步焙烧得到不同阴离子和不同终点p H制备的氧化铝。制备的氧化铝都为疏松多孔的薄片状结构,其中终点p H=8.0的氧化铝其比表面积可以达到542.4m~2/g,孔体积为2.51 cm~3/g;含磷酸根的样品比表面积为512.2 m~2/g,孔体积高达3.96 cm~3/g,最可几孔径为21 nm。成功制备了同时兼具大孔和大比表面积的氧化铝。(2)为了探究酯化反应的最佳反应条件,选定硫酸铝为原料制备的样品为催化剂。通过对实验的分离方法和反应条件的讨论,确定实验的分离方法为滤膜过滤,当反应混合液为6.67 g,在反应温度为115oC,醇酸摩尔比为5:3,加入催化剂0.5 g时,催化剂的催化效果最好,酯化率最高。将制备的不同种类氧化铝用作乙酸和正丁醇的酯化反应,探究不同种类氧化铝的催化活性以及对酯化反应的影响,在不添加分水器的情况下,反应时间6 h内,终点p H=8.0的氧化铝催化活性最高,酯化率达到65.4%;商业氧化铝SB粉的酯化率为49.2%,说明本文制备的大孔和大比表面积的氧化铝催化活性更高。(3)将第二章得到的不同阴离子制备的氧化铝和商业氧化铝SB粉为催化剂载体,分别采用研磨法和浸渍法制备负载硫酸氢氨的固体酸催化剂。通过改变焙烧温度和负载含量,制备了一系列不同制备条件和不同种类的固体酸催化剂。研磨法制备的以商业氧化铝SB粉和除硫氧化铝为载体的催化剂催化效果有了明显提高,分别比之前提高了10%和3%,但是不同阴离子氧化铝经过负载后比表面积下降较大导致催化效果提升不明显。浸渍法混合更加均匀,以大孔大比表面氧化铝作为载体经过浸渍法制备的催化剂活性大于研磨法,商业SB粉为载体的催化剂结果相反。最后探究了催化剂的重复使用效果,经过5次的重复利用,催化剂的催化效果缓慢降低,以自制氧化铝为载体的样品降低10%,经过洗涤、焙烧后再次恢复初始活性。
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