磁性固體超強(qiáng)酸的制備及催化合成乙酸正丁酯.pdf

1、固體超強(qiáng)酸(Solid superacid)是一類同時(shí)含有Lewis酸中心和Bronsted酸中心的固體，在反應(yīng)中體現(xiàn)出接受電子和給予質(zhì)子的能力。在催化烷烴異構(gòu)化、醇酸酯化、石油裂化加成、芳烴烷基化、芳烴?；?、烯烴聚合等化工生產(chǎn)中受到極大關(guān)注。其彌補(bǔ)了液體酸易產(chǎn)生較多的副反應(yīng)、嚴(yán)重的污染環(huán)境、熱穩(wěn)定性差、易腐蝕設(shè)備等眾多不足；但催化劑在反應(yīng)中存在著活性組分易流失、比表面積小、酸強(qiáng)度低，且反應(yīng)后催化劑難以實(shí)現(xiàn)快速分離的問(wèn)題。因此本研究通

2、過(guò)引入其它氧化物；同時(shí)引入磁性材料制備多元復(fù)合氧化物的磁性納米固體超強(qiáng)酸(Magnetic solid superacid)，并用于乙酸正丁酯的合成，并深入考察了其催化性能，獲得最佳的操作參數(shù)和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)，為工業(yè)化放大提供理論參考。反應(yīng)結(jié)束后通過(guò)引入外加磁場(chǎng)將反應(yīng)體系與催化劑迅速分離，不僅解決了固體酸活性組分易流失、比表面積小、酸強(qiáng)度低的問(wèn)題，而且快速解決了反應(yīng)體系難以與催化劑分離的問(wèn)題。
　　本文以八水氯氧化鋯為鋯源，六水氯

3、化鋁為鋁源，納米鐵酸鎳粉體為磁核，沉淀劑為質(zhì)量分?jǐn)?shù)25％的氨水，分散劑為聚乙二醇，利用沉淀浸漬法原理制備出磁性納米固體超強(qiáng)酸。利用XRD、FTIR、氮?dú)馕矫摳?、SEM、TEM、VSM、NH3-TPD等手段進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，催化劑結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)納米級(jí)，有高達(dá)313m2/g的比表面積，表現(xiàn)了超順磁性和超強(qiáng)酸特性。以催化合成乙酸正丁酯來(lái)評(píng)價(jià)催化劑的催化性能，通過(guò)考察醇酸摩爾配比、催化劑用量、反應(yīng)時(shí)間、重復(fù)使用性能等操作參數(shù)，確定最佳合成工藝條

4、件為：n(乙酸)=0.2mol，n(乙酸):n(正丁醇)=1:1.8，催化劑用量為0.026g/g(乙酸和正丁醇)，反應(yīng)2h酯化率高達(dá)93%以上。且該催化劑可高效分離和多次重復(fù)使用，磁性固體超強(qiáng)酸在外加磁場(chǎng)下回收率達(dá)96.8%，是一種新型友好的綠色催化劑。
　　通過(guò)對(duì)乙酸和正丁醇酯化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)研究，忽略內(nèi)外擴(kuò)散的條件下，反應(yīng)的指前因子k0為1.37×106（mol-1·L/min），反應(yīng)的活化能Ea為59.65kJ/mol。磁性