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复合氧化物磁性固体酸的合成及催化性能研究

范美青

   固体酸催化剂在有机合成反应中应用广泛,这类催化剂无毒无味,不挥发,不污染环境,不腐蚀设备,容易回收,可重复使用,所催化的反应条件温和,产率和选择性高,后处理简便,且具有独特的催化性能,这些是液体催化剂所不能代替的。本文在总结近年来固体酸催化研究工作的基础上,继续拓宽其研究领域,将磁性和固体酸进行组装,制备出一系列不同类型的磁性纳米固体酸催化剂。由于其具有独特的酸性、高活性、高选择性、制备方便、操作简单等优点,因此有着广泛的应用前景。 文中采用共沉淀法设计并合成了添加碱性氧化物MgO,两性氧化物ZnO,酸性氧化物TiO_2,三种不同系列的SO_4~(2-)促进型三元复合氧化物磁性纳米固体超强酸催化剂SO_4~(2-)/ZrO_2/Fe_3O_4/MgO、SO_4~(2-)/ZrO_2/Fe_3O_4/ZnO、SO_4~(2-)/ZrO_2/Fe_3O_4/TiO_2。通过环己酮缩水反应、XRD、IR、TG-DSC、TEM、HRTEM、SEM、NH_3-TPD、VSM等测试手段,对催化剂的结构和性能进行了表征。结果表明,固体酸催化剂的高活性和高选择性来源于其活性组分的高度分散、表面具有大量的中强酸性活性中心。固体酸催化剂的独特选择性主要受其酸强度的影响;催化剂均具有较小的粒径、较高的磁性及催化活性,并且易于回收,使用寿命较长。在高温焙烧过程中,氧化物的添加延迟了主活性组分ZrO_2的晶化温度,有效抑制了ZrO_2颗粒的长大,延缓了四方晶相t-ZrO_2向单斜晶相m-ZrO_2的转变,增强了催化剂的稳定性。样品的HRTEM进一步证明了,氧化物的掺杂可以有效的抑制t-ZrO_2向m-ZrO_2的转化,使晶体按t-ZrO_2的[101]晶面取向生长,晶面间距为d(101)=0.29 nm。Fe_3O_4磁性基质的引入赋予固体超强酸以超顺磁性,在产物的分离、洗涤和回收过程中,引入磁分离技术。与离心、抽滤等传统分离方法相比,具有省时、简捷、耗能低等优点。其中最优催化剂(SO_4~(2-)/ZrO_2/Fe_3O_4/ZnO)催化反应环己酮的转化率为77.36%,邻环己烯基环己酮的选择性为90.87%,催化剂的回收率达95.46%,且催化剂使用6次后,活性基本保持不变。而盐酸作为最适合的质子酸催化剂环己酮转化率55%。……   
[关键词]:共沉淀法;固体酸;超顺磁性;缩合反应
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:哈尔滨工程大学2007年
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