稀土改性固體超強酸催化劑的合成及性質(zhì)表征

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1、稀土改性固體超強酸催化劑的合成及性質(zhì)表征摘要：本實驗研究以硝酸鋯和硝酸鑭為原料合成物質(zhì)的量比為Zr:La=1:0,Zr:La=1:1,Zr:La=1:2的固體超強酸催化劑，研究了在Zr:La分別為1:0,1:1,1:2三種催化劑各取2g催化合成乙酸正丁酯的酯化率，由酯化率得出催化劑的活性，并且對催化劑進行紅外光譜和紫外光譜分析。結果表明Zr:La=1:2的催化劑的催化效率最高，同樣反應時間為3h時，乙酸正丁酯的收率為66.84%。關鍵詞：稀土；固體超強酸催化劑；乙酸正丁酯；催化劑的合成；酯化反應。121前言1.1開題依據(jù)固體超強酸是指酸性比100％硫酸更強的固體酸，固體超強酸由于

2、它的高比表面積及特殊的晶體結構使其成為一種新型催化劑材料，可廣泛用于有機合成、精細化工、石油化工等行業(yè)。由于固體超強酸與傳統(tǒng)的催化劑(如硫酸)相比具有(1)催化效率高，用量少，副反應小，副產(chǎn)物少；(2)可在高溫下使用，可重復使用，催化劑與產(chǎn)物分離簡單；(3)無腐蝕性，不污染環(huán)境；(4)制備方法簡便，可用一般金屬鹽類制備。由于上述優(yōu)點，固體超強酸的研究和應用成為尋求新型綠色環(huán)保型催化劑的熱點領域，對促進化工行業(yè)向綠色環(huán)?；较虬l(fā)展具有重要的意義。固體超強酸和傳統(tǒng)的催化劑(如濃硫酸、三氯化鐵、無水三氯化鋁等)相比具有明顯的優(yōu)勢：(1)催化活性高，催化劑用量少，催化劑分離回收容易。催化

3、劑本身不進人和不污染產(chǎn)品；(2)使用溫度低，甚至在常溫下也表現(xiàn)出較好的活性，有利于節(jié)能；(3)反應物轉(zhuǎn)化率高，副反應少，產(chǎn)物色澤和純度好。有利于減少原料消耗和降低“三廢”排放；(4)固體超強酸雖然表面酸性很強，但不腐蝕設備，無論是催化劑的制備、理論探索、結構表征，還是工業(yè)應用研究都有了新的發(fā)現(xiàn)，固體超強酸由于其特有的優(yōu)點和廣闊的工業(yè)應用前景，已受到國內(nèi)外學者廣泛關注，成為固體酸催化劑研究中的熱點[1-2]本實驗主要研究通過加入一定量La元素對SO42-/ZrO2催化劑性質(zhì)的影響，La與Zr在三種不同摩爾比下合成固體超強酸催化劑的催化效率。1.2文獻綜述陳里等[3]用稀土La對鈦基

4、催化劑進行改性，制備了SO42-／Ti—La—O型催化劑，并研究了它在催化方面的應用。徐景土等[4]制備了含稀土的固體超強酸催化劑，并將其用于合成羥基苯甲酸醚及酯化反應。發(fā)現(xiàn)含稀土固體超強酸催化劑顯示出較高的催化活性，并具有較好的穩(wěn)定性，催化劑可重復使用。林進等人[5]報道了稀土周體酸SO42-／TiO2-La3+的制備及其催化酯化作用，用改性后的催化劑用于癸二酸與無水乙醇的反應，考察了影響反應的主要因素。郭錫坤等[6]在SO42-/ZrO2制備過程中加入Dy2Ch進行改性，并用于檸檬酸與正丁醇合成檸檬酸三正丁酯，考察了稀土加入后對催化劑的影響，用俄歇電子能譜分析重復使用后催化劑

5、表層的組成，認為稀土Dy2O3對固體超強酸中的SO42-具有穩(wěn)定作用，反復使用后的SO42-不易流失，而活性下降的主要原因是積碳所致。稀土La3+摻雜的固體超強酸SO42-/ZrO2—TiO2/La3+12催化合成乳酸正丁酯：該實驗從各種催化劑的比較、催化劑用量、酸醇摩爾比、反應時間和帶水劑對酯化率的影響等角度進行了研究。研究結果表明，用稀土La3+摻雜的固體超強酸SO42-/ZrO2—TiO2/La3+催化合成乳酸正丁酯，催化活性高，用量少，污染小，且可較好的循環(huán)利用，其最佳工藝條件為：催化劑用量為0.75g/0.1mol乳酸，酸醇摩爾比為1:3，回流時間2h，此條件下酯收率為

6、99.26%[7]。納米稀土復合固體超強酸SO42-／ZrO2-La2O3催化合成氯乙酸乙酯：該實驗研究了醇酸摩爾比、催化劑用量、環(huán)己烷用量、反應時間等因素對酯化率的影響。實驗結果表明，納米稀土復合固體超強酸SO42-／ZrO2-La2O3是合成氯乙酸乙酯的良好催化劑，該催化劑制備簡單，不溶于反應體系，易與產(chǎn)物分離，催化反應條件溫和，工藝操作簡單，重復使用性良好，其最適宜的反應條件：氯乙酸0.1mol，醇酸摩爾比3:1，催化劑用量1.0g，環(huán)己烷用量15mL，回流分水反應2.0h。在此條件下，氯乙酸乙酯酯化率可達94.3％[8]。SO42-／ZrO2-La2O3催化合成環(huán)己酮1,

7、2—丙二醇縮酮：該實驗從催化劑的焙燒活化溫度、焙燒活化時間、酮醇物質(zhì)的量比、催化劑用量、帶水劑用量等因素對縮酮收率的影響進行了研究。實驗結果表明，納米稀土符合固體超強酸SO42-／ZrO2-La2O3催化合成環(huán)己酮1,2—丙二醇縮酮的優(yōu)化條件為：n(酮):n(醇)=1:1.8，催化劑用量為反應物總質(zhì)量的2.0%，帶水劑環(huán)己烷用量為反應物總質(zhì)量30%，回流分水反應時間90min，在此條件下，環(huán)己酮1,2—丙二醇縮酮的收率可達89.45%[9]。1.3合成路線與反應機理計算摩爾比分別