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介孔固体超强酸SO_4~(2-)/XC的制备、结构及其催化合成水杨酸正丁酯的研究

秦国平

  本论文自行合成了SO_4~(2-)/XC(X:Al、Zr、SiZr,C:蒙脱土M、累托土R),将之应用于催化水杨酸与正丁醇的酯化反应。考察了酯化条件和催化剂的制备条件,借助Hammett指示剂法、NH_3-TPD、Py-IR、XRD、BET、TG、DTA以及IR分析测试手段考察层柱粘土的物化性质、结构特征与催化性能关系,实验结果表明:SO_4~(2-)/XC型催化剂的最佳制备条件是:采用SiZr双组份交联剂、硫酸铵改性,m(SO_4~(2-))/m(clay)=0.3,焙烧温度为500℃,n(SiZr)/m(clay)=3.5mmol/g。在此条件下制备的SO_4~(2-)/SiZrM(500℃)和SO_4~(2-)/SiZrR(500℃)可分别使水杨酸的转化率达88.22%和86.85%,产物中水杨酸正丁酯的质量百分比分别为99.9%和99.5%,连续催化五次,水杨酸的转化率分别仅仅下降5.33%和1.98%。Hammett指示剂法、NH_3-TPD和Py-IR分析结果表明锆或硅锆交联的粘土在500℃焙烧后Hammett酸度函数H_o<11.93,归属于超强酸,且此酸中心属于L酸中心,是SO_4~(2-)/XC(500℃)型催化剂于水杨酸与正丁醇酯化反应中的催化活性中心。XRD和BET测试结果表明交联柱撑开了粘土的层间距、增大了比表面积,随焙烧温度提高,层间距、比表面积减小;交联后,孔径分布窄,其中SO_4~(2-)/SiZrR(100℃)的孔径分布集中在2.3nm左右,可归属为介孔材料;层间距和比表面积随着SO_4~(2-)引入量的增加而减小;累托土为基质的层柱粘土在层间距上大于蒙脱土为基质的层柱粘土,比表面积则相反;硅锆交联剂合成的层柱粘土在层间距,比表面积上大于锆和铝单组份交联剂合成的。TG、DTA分析结果表明,交联后,粘土热稳定性得到提高,500℃出现超强酸性的有机硫酸酯结构。IR谱图表明交联剂的柱撑不改变基质的晶格结构,并证实了有机硫酸酯结构的存在。SO_4~(2-)/XC型催化剂催化合成水杨酸正丁酯的最佳反应条件是:以正丁醇为带水剂,n(C_7H_6O_3):n(C_4H_9OH)=1:1.65、w(SO_4~(2-)/XC)=6.5%、反应温度(T)为120~135℃、反应时间(t)为6h,在此条件下,水杨酸的转化率高达88.22%[SO_4~(2-)/SiZrM(500℃)]和86.85%[SO_4~(2-)/SiZrR(500℃)]。……   
[关键词]:水杨酸正丁酯;固体超强酸;交联剂;累托土;蒙脱土;介孔
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:汕头大学2003年