納米結(jié)構(gòu)錳氧化物制備及其催化酯化反應(yīng)研究

納米結(jié)構(gòu)錳氧化物制備及其催化酯化反應(yīng)研究

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1、合肥工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文納米結(jié)構(gòu)錳氧化物制備及其催化酯化反應(yīng)研究姓名:周晨旭申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別:碩士專業(yè):化學(xué)工程指導(dǎo)教師:楊則恒20090401納米結(jié)構(gòu)錳氧化物制備及其催化酯化反應(yīng)研究摘要錳氧化物材料因?yàn)槠渚w結(jié)構(gòu)多樣,具有獨(dú)特的化學(xué)與物理性質(zhì),使其在離子交換、分子吸附、催化、電化學(xué)和磁性材料等方面有著廣泛的應(yīng)用。但尚未見有文獻(xiàn)報(bào)道納米結(jié)構(gòu)錳氧化物用于催化酯化反應(yīng)。本文以納米結(jié)構(gòu)錳氧化物催化合成乙酸異戊酯,實(shí)驗(yàn)證明納米結(jié)構(gòu)錳氧化物具有很高的催化活性和良好的選擇性。本文以"t-MnOOH納米棒為前驅(qū)體,經(jīng)高溫煅燒制備多孔結(jié)構(gòu)∥.Mn02納米棒

2、,并對(duì)其進(jìn)行表征。測(cè)試結(jié)果表明所制得的樣品是直徑50~200nm,數(shù)十微米長(zhǎng)的納米棒,分散性良好;樣品比表面積達(dá)52.297m2/g、孔容積為0.32395cm3/g、孔徑分布在5~60nm之間。以乙酸異戊酯合成反應(yīng)為探針實(shí)驗(yàn),結(jié)合反應(yīng)精餾技術(shù)設(shè)計(jì)反應(yīng)裝置,考察了納米結(jié)構(gòu)錳氧化物催化酯化反應(yīng)性能。結(jié)果發(fā)現(xiàn):在相同反應(yīng)條件下,13-Mn02納米棒催化性能明顯高于0【.Mn02納米棒、MnOOH納米棒、Mn203微米球、Mn304納米棒和市售Mn02;以13-Mn02納米棒為催化劑,考察了催化劑用量、物料比、酯化反應(yīng)溫度、酯化時(shí)間等因素對(duì)酯

3、化率的影響;得出最佳工藝條件為:酸醇摩爾比為1.8:1,催化劑與反應(yīng)物質(zhì)量比為0.2:loo,反應(yīng)溫度為126℃,反應(yīng)時(shí)間為3.5h。此條件下酯化率可達(dá)92.76%。同時(shí)對(duì)該催化反應(yīng)機(jī)理和動(dòng)力學(xué)進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)該催化反應(yīng)是一個(gè)二級(jí)反應(yīng),對(duì)應(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)為1.199×10~L·mol~·min~。為了彌補(bǔ)錳氧化物自身比表面積較小,在反應(yīng)體系中分散度不高等缺陷,我們?cè)O(shè)計(jì)把錳氧化物負(fù)載在比表面積更大的介孔氧化鋁上,以獲得更大的比表面積和更高的分散度。利用浸漬法制備出具有介孔結(jié)構(gòu)的MnOx/A1203復(fù)合氧化物,其比表面積高達(dá)349m2/g,孔

4、容積為0.9755cm3/g,孔徑在0.17~30nm之間分布。Mn元素在MnOx/A1203復(fù)合氧化物中的含量為3.594%,負(fù)載物MnOx在載體上分散均勻。研究了不同方法制備的氧化鋁、錳氧化物負(fù)載量、酯化反應(yīng)條件對(duì)催化劑活性的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)以中性路徑合成的A1203為載體,負(fù)載20%醋酸錳(占A1203質(zhì)量)所制備的MnOx/A1203催化劑活性最佳。在催化劑用量為0.37%(占反應(yīng)物質(zhì)量),酸醇摩爾比為1.8:l,反應(yīng)溫度為126℃,反應(yīng)時(shí)間為3.5h時(shí),酯化率提高到97.28%。對(duì)該酯化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)研究表明,該催化反應(yīng)為二級(jí)反應(yīng)

5、,對(duì)應(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)為2.025×10~L-tool一·min一。關(guān)鍵詞:納米結(jié)構(gòu);錳氧化物;催化劑;酯化反應(yīng)SynthesisofNanostructuredManganeseOxidesandtheirCatalyticActivityinEsterificationAbstractNanostructuredmanganeseoxidesareofconsiderableimportanceintechnologicalapplicationsincludingion—exchange,molecularadsorption,ca

6、talysis,aswellaselectrochemicalandmagneticuses,duetotheiroutstandingstructuralflexibilitycombinedwithnovelchemicalandphysicalproperties.However,,fewstudieshavebeenconductedonthecatalysisofmanganeseoxidesforesterification.Inthispaper,weintroducethecatalyticsynthesisofisoa

7、mylacetatewithmanganeseoxidesascatalyst,toourknowledge,whichhasnetbeenreportedyet.Nanostructuredmanganeseoxidesareprovedtohavehighcatalyticefficiencyandgoodselectivityforesterification.Thispaperfocusesonsynthesisofnanostructuredmanganeseoxidesandtheircatalyticactivityine

8、sterification.B-Mn02nanorodcatalystwaspreparedbycalcining),一MnOOHnanorodprecursor.Thesamplewascharacter

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