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本论文以宁夏太西煤厂的柱状煤基活性炭(AC)为原料,分别用硫酸、硝酸、以及双氧水和硫酸、高锰酸钾和硫酸、重铬酸钾和硫酸联合对其进行表面改性;然后以分子探针反应筛选出催化性能较高的改性AC,筛选结果:双氧水和硫酸、高锰酸钾和硫酸、重铬酸钾和硫酸联合改性的AC催化缩酮、酯化反应性能较好。并以筛选结果的四种改性AC作为固体酸催化剂在缩酮反应和酯化反应中对反应时间、催化剂用量、酮醇或酸醇比等因素对产品收率和酯化率的影响进行详细的研究。研究结果表明:这四种改性AC是催化合成环己酮乙二醇、环己酮1,2-丙二醇、丁酮1,2-丙二醇缩酮和乙酸正丁酯、乙酸正戊酯、乙酸异戊酯的良好催化剂;缩酮收率达89﹪以上,酯化率达97.8﹪以上。该催化剂与目前报道的催化剂对比催化缩酮,酯化反应的工艺具有:催化剂制备及反应后序处理简单,原料来源丰富、价格低廉等特点,显示出良好的应用前景。
另外,对改性前、后的AC以及改性后使用过的AC进行表面特性与催化活性的关联研究。研究结果表明:(1)表面酸性官能团的测定和IR谱图,均可说明改性前后的AC表面酸性官能团发生了很大的变化,即改性后AC表面酸性官能团比改性前增加了,酸性官能团起了催化中心的作用;(2)氮气等温吸脱附测定结果,说明改性后AC比改性前AC的比表面积、总孔容均增加了许多,这一增加使其在催化反应中的催化性能得到了提高;(3)X-粉末衍射研究发现在AC改性过程中部分晶相结构被破坏了;(4)改性后使用过的AC由于酸性活性点被部分覆盖导致其比表面积、总孔容等有所降低,从而使其催化活性也有所降低。
由上述研究结果表明,表面改性煤基活性炭作为固体酸催化剂对有机合成中的缩酮和酯化反应具有良好的催化作用。本研究开发出的新催化工艺,拓展了煤基AC的应用范围,有潜在的应用价值。