论文摘要
作为一种重要的绿色酸催化剂,SO42-/MxOy型固体超强酸,包括SO42-/ZrO2型固体超强酸,具有制备方法简单、热稳定性好、酸强度高、不腐蚀设备等优点,近年来一直受到国内外催化研究者的广泛关注；但其比表面积小,吸附容量低,也限制了其在催化反应中的应用。本文力求将SO42-/ZrO2的酸性特征与介孔氧化硅的结构优势结合起来,首先在介孔氧化硅中引入Zr,然后引入SO42-,合成出一种具有介孔骨架结构的SO42-/ZrO2-SiO2固体超强酸。本论文研究的主要内容有：以ZrOCl2·8H2O为锆源,正硅酸乙酯（TEOS）为硅源,三嵌段高聚物P123为模板剂,首先采用一步法直接合成含Zr系列样品Z-x和含SO42-、Zr系列样品SZ-x,考察Zr的引入对介孔结构,以及SO42-的引入对Zr负载量的影响。继而采用两步法,先将ZrO2预晶化,然后再与硅源混合,合成含Zr系列样品ZC-x和含SO42-、Zr系列样品SZC-x,得到介孔超强酸。通过元素分析、紫外、XRD、N2吸附-脱附和NH3-TPD等手段对其Zr含量、样品结构和酸性进行表征,最后通过乙二醇单乙醚和乙酸的酯化反应,对上述催化剂的酸催化性能进行考察。主要结论如下：（1）一步法合成的Z-x样品中,Zr含量很低（不高于8%）,而引入SO42-的SZ-x样品中Zr含量大大提高（高达44%）；不论Z-x系列还是SZ-x系列样品,随Zr含量增加,有序介孔结构的构造逐渐困难,孔参数均减小；Zr高度分散在SiO2骨架中,即使在高Zr含量的情况下,样品中也没有ZrO2晶相出现,也正因为此,样品不具有强酸性。（2）二步法中采用了预晶化步骤,使得ZC-x样品的Zr含量较一步法中的Z-x样品明显提高；引入SO42-后,样品的Zr含量进一步增加。同样地,随Zr含量增加,孔参数均减小；在高Zr含量时,Zr物种晶化,形成四方相ZrO2。这一结晶相的ZrO2与SO42-结合,形成超强酸。因此在高Zr含量的SZC-x样品上出现了超强酸位。（3）在相同反应条件下,上述样品对乙二醇单乙醚和乙酸的酯化反应的催化活性有下列顺序：SZC-x系列>ZC-x系列≈SZ-x系列≈Z-x系列,与NH3-TPD结果所反映的各自的酸性强弱顺序吻合。其中SZC-x系列样品由于形成了超强酸位,表现出最好的催化活性（反应4h时,转化率可达80%）。
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