负载型碳基固体酸催化剂的制备及应用

论文摘要

固体酸是一类环境友好的催化剂,在化工领域有着广泛的应用。本文采用新工艺方法制备出了碳基固体酸及负载型碳基固体酸催化剂,并进行了结构表征。考察了碳基固体酸对乙酸乙酯、二苯甲烷二氨基甲酸甲酯（MDC）及对氨基苯酚（PAP）合成反应的催化性能。采用IR、XRD、13C MAS NMR等分析方法对制备的催化剂进行了结构表征。结果表明,不同原料制备的碳基固体酸催化剂均含有-SO3H,以无定形态结构存在。考察了焙烧温度、焙烧时间、催化剂用量、反应时间等制备条件和反应条件对碳基固体酸催化剂上乙酸酯化反应评性能的影响。适宜的制备条件为270℃焙烧2h。以β-萘磺酸为原料制备的碳基固体酸催化剂的活性高于以萘为原料制备的催化剂。在优化条件下,乙酸转化率最高为92.9%。选择SiO2,γ-Al2O3,AC等载体制备了负载型碳基固体酸催化剂。发现以SiO2作为载体时的催化活性高于其它载体,乙酸转化率在93%以上。吡啶吸附红外光谱分析表明,该催化剂存在B酸中心。考察了负载型碳基固体酸催化剂的稳定性,催化剂重复使用四次后活性明显降低。元素分析表明催化剂失活的原因是硫的流失。考察了SiO2负载的碳基固体酸催化剂催化上苯氨基甲酸甲酯（MPC）与甲醛缩合生成二苯甲烷二氨基甲酸甲酯的反应性能,在90℃反应4.5h条件下,MDC收率最高为11.5%;该系列催化剂同时对硝基苯催化加氢生成对氨基苯酚反应具有一定的催化活性,在160℃反应2h条件下PAP收率最高为49.3%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• §1-1 固体酸催化剂
• 1-1-1 固体酸催化剂简介
• 1-1-2 固体酸催化剂的研究进展
• 1-1-3 固体酸工业化的限制
• §1-2 固体酸催化剂的积炭反应
• §1-3 酸催化反应
• 1-3-1 酯化反应
• 1-3-2 缩合反应
• 1-3-3 重排反应
• §1-4 本课题的意义及主要研究内容
• 第二章 实验方法
• §2-1 化学试剂
• §2-2 催化剂制备
• 2-2-1 碳基固体酸催化剂的制备
• 2-2-2 负载型碳基固体酸催化剂的原位制备
• §2-3 催化剂表征
• 2-3-1 红外光谱（IR）
• 2-3-2 热重分析（TG）
• 2-3-3 X-射线衍射（XRD）
• 13C魔角旋转固体核磁(¹³C MAS NMR)'>2-3-4¹³C魔角旋转固体核磁(¹³C MAS NMR)
• 2-3-5 元素分析
• 2-3-6 比表面积与孔隙度分析
• 2-3-7 吡啶-红外光谱
• §2-4 催化剂活性评价
• 2-4-1 催化剂活性评价
• 2-4-2 实验装置图
• §2-5 产物分析及计算方法
• 2-5-1 SP-3420A型色谱仪及分析条件
• 2-5-2 产物分析
• 2-5-3 产物分析方法
• 第三章 碳基固体酸催化剂的制备表征及活性评价
• §3-1 前言
• §3-2 碳基固体酸催化剂的结构表征
• 3-2-1 红外（IR）表征
• 13C MAS NMR)'>3-2-2 固体核磁(¹³C MAS NMR)
• 3-2-3 X-射线衍射（XRD）
• §3-3 碳基固体酸催化合成乙酸乙酯反应评价
• 3-3-1 催化剂焙烧温度对乙酸转化率的影响
• 3-3-2 焙烧时间对乙酸转化率的影响
• 3-3-3 催化剂用量对酯化反应的影响
• 3-3-4 反应时间对酯化反应的影响
• §3-4 小结
• 第四章 负载型碳基固体酸催化剂的制备及活性评价
• §4-1 前言
• §4-2 负载型碳基固体酸催化剂的活性评价
• 4-2-1 负载型碳基固体酸催化剂的结构表征
• 4-2-2 负载量对负载型碳基固体酸催化活性的影响
• 4-2-3 焙烧时间对负载型碳基固体酸催化活性的影响
• §4-3 催化剂的稳定性考察
• §4-4 小结
• 第五章 负载型碳基固体酸催化剂用于其它反应的研究
• §5-1 苯氨基甲酸甲酯缩合生成二苯甲烷二氨基甲酸甲酯的反应研究
• 5-1-1 前言
• 5-1-2 负载型碳基固体酸催化剂的催化性能
• §5-2 硝基苯催化加氢合成对氨基苯酚的反应研究
• 5-2-1 前言
• 5-2-2 负载型碳基固体酸催化剂的催化性能
• §5-3 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果