磁性纳米固体酸材料合成、表征及其催化性能研究.pdf

摘要目前工业上,均相酸催化剂如腐蚀性质子酸,路易斯酸等不可循环使用的催化剂被广泛用于大宗化工品和精细化工产品生产中,随着人们环保意识的增强,亟需探索和研究环境友好可循环使用的固体酸催化剂来代替不可循环使用、强腐蚀性、污染环境的均相酸,因此,近年来,非均相催化研究,成为了催化化学研究中一个非常重要的研究领域。磁性纳米固体酸催化剂作为一类具有磁响应特性的固体酸催化剂,不仅具有纳米材料的优异特性以及不同于常规酸催化剂的优异催化活性,而且还具有磁分离特性,在化工生产过程中可以简化分离过程,也可以简化整个工艺流程,使其在化工酸催化生产方面具有广阔的应用前景。然而,由于磁性纳米固体酸催化剂的开发尚处于实验研究阶段,所应用的领域还比较有限,而且有些问题仍需进一步研究,所以目前国内外关于磁性固体酸催化剂的报道较为少见。因此,本文设计了三种新颖的磁性分离纳米固体酸催化剂替代均相酸催化剂,以解决催化剂分离循环使用,减少废物排放等问题,以满足当前化学工业生产可持续发展的需要。⒑铣闪艘恢只撬崂胱右禾骞δ芑判阅擅琢W庸烫逅岽呋粒⒍云湓催化合成缩醛跬反应的催化性能进行了研究:系统研究了该催化剂的质量、反应物投料比、带水剂量及反应时间等反应因素对催化合成缩醛跬的影响,并在此基础上对该工艺的反应条件进行优化。在优化的实验条件下,该催化剂催化羰基类化合物与乙二醇发生缩合反应,相应缩醛跬收率均可达到%左右。反应结束后,该催化剂可通过外加磁场作用下从反应体系中完全分离出来,降低了反应体系分离成本,为催化剂的循环使用提供了一种简单可行的途径。该催化剂多次重复使用研究结果证明,该催化剂催化活性保持不变,符合当前绿色化学的基本要求。⒑铣闪艘恢只撬峄及泊判阅擅琢W庸烫逅岽呋良捌湓诖呋铣伤醛跬反应的催化性能研究:系统研究了该催化剂的质量、反应物投料比、带水剂量及反应时间等反应因素对催化合成缩醛跬的影响,并在此基础上对该工艺的反应条件进行优化。实验证明,与其它非均相酸催化剂相比,该催化剂具有很高的催化活性,并且可磁性分离,可多次循环使用。⒑铣闪艘恢衷佣嗨峁δ芑涣?蔷厶前判阅擅琢W庸烫逅岽呋粒华东师范大学硕十论文
并对其在催化合成缩醛跬反应的催化性能进行了研究:实验结果显示:该催化剂用于合成苯甲醛乙二醇缩醛反应,在优化的实验条件下,该催化剂具有很高的催化活性,产物苯甲醛乙二醇缩醛产率可高达%;在外加磁场作用下,该催化剂可实现与反应产物迅速完全分离后,可多次循环使用,克服了杂多酸容易流失的缺陷,适用于大规模工业化制备缩醛跬等物质。关键词:磁性纳米粒子;固体酸;磁性纳米固体酸;缩醛反应;缩酮反应;气相磺化;杂多酸。华东师范大学硕士论文:’.
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王王硕士学位论文答辩委员会成员名单单位华东师范大学杨帆姓名职称备注吴良平教授主席李强委员副教授华东师范人学硕郝畚
第一章绪论磁性纳米固体酸催化剂概述随着近年来环保意识的增强和绿色化学的持续发展,开发环境友好型非均相固体催化剂越来越受到科学研究者们的重视。具备高活性、高选择性、反应条件温和、可循环使用等优点的固体催化剂在环境、化学、制药等工业中具有越来越明显的优势。纳米粒子,因其原生粒子尺寸小、比表面积大、表面原子数多、表面能和表面张力大,而具有量子尺寸效应、体积效应、表面效应和宏观量子隧道效应等,呈现出许多不同于常规固体的特异性能,特别是在催化活性方面。其在环境、能源、材料、化学、制药、军事等领域展示了广阔的应用前景【。因此,纳米材料在催化剂领域的应用成为人们关注的重要领域之一【俊P矶喾⒋锕彝入了大量的人力和财力开展纳米粒子作为高性能催化剂的研究,如美国纳米中心、日本纳米科技均将纳米催化剂的研究列为重点开发项目;我国对纳米材料的研究也给予了高度重视,并取得了可喜的成果,但是,近年来,借助纳米粒子高比表面积来提高多相催化体系催化活性的研究广见报道,但其却难以分离和回收。磁性纳米科技是高度交叉的新型综合性学科,涉及物理学、化学、磁学、材料学、生物学、光电子学等诸多领域,不仅包含以观测、分析等为主要形式的基础性研究,同时还有很大比例的纳米工程和以材料设计加工为重点的技术学科,是融前沿学科和高科技产业为一体的完整体系,制各与研究磁性纳米微粒一直是人们十分感兴趣的领域,它不仅是一个基础研究的课题,而且涉及到各种高科技材料的研制和应用的诸多方面。目前,磁性纳米催化剂主要应用于固体酸催化、固体碱催化、相转移催化、光催化、生物催化等领域。工业上许多重要的酸催化反应,如烷烃异构化反应、酯化反应、烯烃烷基化反应、偶联反应、缩合反应、聚合反应、脱水反应等,早期通常采用浓硫酸、磷酸等无机酸或金属卤化物等催化