雜多酸催化劑

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1、題目雜多酸催化劑姓名與學號張凌烽1108010236指導教師孟錦宏　　年級與專業(yè)2011級化學工程與工藝　所在學院　　環(huán)境與化學工程學院　摘要雜多酸是固體酸的一種,具有著獨特的氧化還原性,酸性以及雙功能性,在許多化學反應中能夠表現(xiàn)出很強的催化活性。雜多酸這種綠色、無毒、無腐蝕性的環(huán)保型催化劑己在多種有機反應中實現(xiàn)了成功應用,如:酯化醚化、縮合反應、?；⑼榛?、水合脫水和聚合反應等,反應中呈現(xiàn)出反應活性高、腐蝕性小、污染率低等諸多優(yōu)點,但由于雜多酸比表面積小、熱穩(wěn)定性低、回收困難等問題使得雜多酸在催化領(lǐng)域的應用受到了一定的限制。關(guān)鍵詞：1緒論1.1前言綠色化學是近十年來在化學領(lǐng)域內(nèi)提出

2、的新名詞,綠色化學又被稱為“環(huán)境友好化學“、“清潔化學”、“環(huán)境無害化學”。這種發(fā)展趨勢已涉及到分子合成、生物技術(shù)、化學分析等許多領(lǐng)域,內(nèi)容豐富,應用廣泛。綠色化學的最大優(yōu)勢在于通過科學的手段在化學反應的起始與末端進行有效的防控干預,使反應中無副產(chǎn)物,真正實現(xiàn)零排放,徹底無污染,化學綠色化是新時代里化學發(fā)展的主要研究方向。無機酸是許多化工產(chǎn)品生產(chǎn)中必不可少的、非常重要的常規(guī)催化劑,傳統(tǒng)無機酸類催化劑主要有濃硫酸、三氯化招、濃憐酸等。這類酸催化劑在反應中有許多優(yōu)勢,如工藝成熟、催化效率高、價格低廉,但此類催化劑最大的缺陷在于:副反應多、腐燭性強、設(shè)備要求高、后處理繁雜,無法滿足環(huán)保技術(shù)的要

3、求,為了克服諸多缺點,人們開發(fā)、研制了許多新型催化劑,如固體酸、雜多酸和離子交換樹脂等。雜多酸是一類含有氧橋的多核高分子化合物,無論是均相反應體系,還是非勻相反應體系,雜多酸均可作為酸催化劑,氧化還原型催化劑及雙功能型催化劑,廣泛應用于各類有機反應催化當中,如:酯化酸化、縮合反應、?；?、燒基化、水合脫水、聚合反應等,反應中呈現(xiàn)出腐燭性小,活性高,污染率低等諸多優(yōu)點。二十世紀七十年代,憐鶴酸催化丙稀水合制備異丙醇在R本成功投入工業(yè)生產(chǎn)。目前,以雜多酸為催化媒介并實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的的重要有機合成反應已達十幾種隨著科學研究的不斷開拓深入,雜多酸類化合物在工業(yè)催化領(lǐng)域的開發(fā)將越來越深入。1.2多

4、酸化學簡介時至今日,多酸化學的發(fā)展己有200年的歷史,進入新世紀后,多酸化學走進了一個薪新的發(fā)展時代“?”。多酸分子中的金屬離子通常具有d"電子構(gòu)型,最具代表性的是鶴原子和銷原子,也是構(gòu)成多酸的主要元素。多酸的立體結(jié)構(gòu)中,八面體和四面體成為多酸的主要建筑塊,這些八面體或四面體通過邊、角、面進行連接,形成了許多具有多種特殊功能和結(jié)構(gòu)的多金屬陰離子,科學家們根據(jù)組成和結(jié)構(gòu)的不同,多酸被劃分為雜多酸與同多酸兩類[1]。1.2.1雜多酸分類同多酸與雜多酸的分類是根據(jù)分子組成中是否存在雜原子來判斷,若多酸組成元素是由雜原子構(gòu)成的稱為雜多酸,反之,稱為同多酸⑸,媽、鉬、銳、銀、擔是多酸中較為常見的配

5、原子,同時,雜多酸中心雜原子可以由數(shù)十種元素構(gòu)成,主要分布在周期表中過渡金屬元素區(qū)以及非金屬區(qū),由于構(gòu)成的雜原子通常以多種不同價態(tài)分布于多酸的陰離子中,使得雜多酸種類極其繁多,為雜多酸的生產(chǎn)應用奠定了基礎(chǔ)。1.2.2雜多酸結(jié)構(gòu)由于可能有不同的增補原子和雜原子結(jié)合，因此有許多不同的雜多酸。知名度較高的二種分別是Keggin結(jié)構(gòu)HnXM12O40及Dawson結(jié)構(gòu)HnX2M18O62。圖1-1Keggin結(jié)構(gòu)，XM12O40n?圖1-2Dawson結(jié)構(gòu)，X2M18O62n?以下是一些雜多酸的例子：H4Xn+M12O40，X=Si,Ge;M=Mo,WH3Xn+M12O40，X=P,As;M=M

6、o,WH6X2M18O62，X=P,As;M=Mo,W1.2.3雜多酸性質(zhì)雜多酸具備有很多特殊性質(zhì),這要歸因于雜多酸較大體積的陰離子,規(guī)則的面體八面體使雜多酸陰離子的對稱性非常好,電荷密度較低。雜多酸分子中的質(zhì)子容易解離,而顯現(xiàn)強酸性,且酸性強度大于相應中心原子或配位原子所形成的無機酸,另外過渡金屬元素所構(gòu)成的雜多酸陰離子有著易于傳遞電子的特性,故而可以接受另外的電子,這種雙功能性使雜多酸成為具有特殊性質(zhì)的催化劑。雜多酸分子內(nèi)含有多個質(zhì)子,物理形態(tài)呈固態(tài),是典型的固體酸,溶于水后測定的酸強度結(jié)果顯示,其酸性強度通常強于常見的無機酸類。雜多酸分子中還含有經(jīng)基,根據(jù)相似相容性原理,雜多酸能夠

7、溶解在強極性小分子溶劑里。在水溶液中甚至能夠完全電離出3個質(zhì)子。但在有機大分子溶劑內(nèi)解離的較慢,其酸性強弱變化順序為H3PW12O40>H4PW11O40>H4PMo12O40~H4SiW12O40>>HCL、HNO3[2]。也正由于雜多酸分子不易溶解于弱極性大分子或非極性試劑中,在某些反應中,雜多酸可作為固體酸催化劑,這使雜多酸在工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的催化應用具有更大意義。由于雜多酸結(jié)構(gòu)存在可調(diào)解性,將中心原子、配位原子通過這種調(diào)節(jié)作用改變