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基本信息

項(xiàng)目名稱(chēng)：
介孔固體酸KIT-SO3H的后合成法合成及催化性能研究
小類(lèi)：
能源化工
簡(jiǎn)介：
采用后合成方法，將含有巰基的化合物3-巰丙基三甲氧基硅烷（MPTMS）鍵合在純硅介孔分子篩KIT-1表面上，經(jīng)氧化和酸化后得到含有酸性的磺酸基團(tuán)的固體酸催化劑KIT-SO3H。用 X射線(xiàn)衍射、紅外光譜及熱失重等方法對(duì)改性前后的KIT-1樣品進(jìn)行了表征，并考察了KIT-SO3H催化劑對(duì)對(duì)苯二酚和叔丁醇的烷基化反應(yīng)的活性，通過(guò)在150 °C和120 °C條件下重復(fù)使用考察催化劑的穩(wěn)定性，以及失活原因。
詳細(xì)介紹：
在有機(jī)常用催化劑中，大多數(shù)具有腐蝕性毒性或難于回收等缺點(diǎn)，為彌補(bǔ)這些缺陷，固體酸的研究更加具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值.固體酸催化劑無(wú)腐蝕性和毒性,與產(chǎn)物易分離，是環(huán)境友好催化劑目前，固體酸催化劑中研究的最深入、應(yīng)用成功的是分子篩。一般的微孔分子篩雖有較強(qiáng)的酸性，但其較小的孔道往往對(duì)涉及大分子的反應(yīng)的傳質(zhì)不利，因此如何解決這些反應(yīng)過(guò)程中的催化劑失活、傳質(zhì)等問(wèn)題就成為重要的研究課題，有序介孔材料，如SBA-15，MCM-41和KIT-1等的出現(xiàn)，使得這些反應(yīng)的固體催化成為可能。但是它們的酸性一般較分子篩弱，因而不能滿(mǎn)足一些反應(yīng)對(duì)催化劑酸性的要求。為此，人們通過(guò)對(duì)介孔材料進(jìn)行修飾來(lái)增強(qiáng)其酸性.磺酸基官能化的SBA-15，MCM-41等都被用于催化一些酸催化反應(yīng)，如烷基化、酯化、水解等。但磺酸基官能化的KIT-1分子篩用于催化的研究卻比較少見(jiàn)。比較這三者的性質(zhì)SBA-15分子篩雖然具有孔徑大、孔壁厚、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，但用于合成的原料P123價(jià)格昂貴，造價(jià)太高，而MCM-41分子篩熱穩(wěn)定性稍差，雖孔徑較大有利于大分子反應(yīng)的進(jìn)行，但其一維孔道一旦堵塞便無(wú)法繼續(xù)催化，KIT-1分子篩具有的一維孔道彼此交叉形成三維無(wú)序結(jié)構(gòu)，有利于催化、吸附過(guò)程的物質(zhì)傳遞，而且具有造價(jià)低，熱穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)。2-叔丁基對(duì)苯二酚(2-TBHQ)具有良好的抗氧化性和低毒性，是理想的食品工業(yè)的抗氧化劑，同時(shí)又可作為塑料和橡膠的穩(wěn)定劑和其他化學(xué)產(chǎn)品制備過(guò)程中的中間體。2-TBHQ通常以液體酸(磷酸或硫酸)為催化劑，通過(guò)對(duì)苯二酚與叔丁醇或甲基叔丁基醚烷基化反應(yīng)來(lái)制備，但液體酸的強(qiáng)腐蝕性會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。固體酸因其對(duì)環(huán)境友好、易分離和可重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)成為理想的替代品。采用后合成方法，將含有巰基的化合物3-巰丙基三甲氧基硅烷（MPTMS）鍵合在純硅介孔分子篩KIT-1表面上，經(jīng)氧化和酸化后得到含有酸性的磺酸基團(tuán)的固體酸催化劑KIT-SO3H。用 X射線(xiàn)衍射、紅外光譜及熱失重等方法對(duì)改性前后的KIT-1樣品進(jìn)行了表征，并考察了KIT-SO3H催化劑對(duì)對(duì)苯二酚和叔丁醇的烷基化反應(yīng)的活性，通過(guò)在150 °C和120 °C條件下重復(fù)使用考察催化劑的穩(wěn)定性，以及失活原因。結(jié)果表明，改性后 KIT-1 分子篩的結(jié)構(gòu)未發(fā)生變化, MPTMS鍵合于分子篩的表面，改性后的分子篩具有質(zhì)子酸中心，對(duì)于烷基化反應(yīng)具有較高的催化活性。150 °C時(shí)重復(fù)反應(yīng)催化劑失活較為嚴(yán)重，轉(zhuǎn)化率由100%降至38.2%，而120 °C時(shí)重復(fù)反應(yīng)四次后轉(zhuǎn)化率僅由100%降至84%，說(shuō)明在適當(dāng)溫度下該催化劑不僅性能穩(wěn)定而且可重復(fù)使用。

作品專(zhuān)業(yè)信息

撰寫(xiě)目的和基本思路

常用有機(jī)催化劑，大多數(shù)具有腐蝕性毒性或難于回收等缺點(diǎn)。固體酸催化劑無(wú)腐蝕性和毒性,與產(chǎn)物易分離，對(duì)環(huán)境友好。固體酸催化劑分子篩雖有較強(qiáng)的酸性，但其較小的孔道往往對(duì)涉及大分子的反應(yīng)的傳質(zhì)不利。有序介孔材料，使得這些反應(yīng)的固體催化成為可能。本文通過(guò)后合成法在KIT-1上鍵合磺酸基團(tuán)，制備了一種活性高，穩(wěn)定性好的固體酸催化劑KIT-SO3H，并考察了該催化劑對(duì)叔丁醇與對(duì)苯二酚烷基化反應(yīng)的催化性能。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

通過(guò)后合成法在KIT-1上鍵合磺酸基團(tuán)，制備了一種活性高，穩(wěn)定性好的固體酸催化劑KIT-SO3H。該催化劑具有較好的介孔結(jié)構(gòu)和較強(qiáng)的酸性?；撬峄倌芑腒IT-1分子篩用于催化的研究比較少見(jiàn)，具有一定的創(chuàng)新性和科學(xué)性。固體酸類(lèi)催化劑具有對(duì)環(huán)境友好、易分離和可重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)，是常用有機(jī)催化劑的理想替代品。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

固體酸催化劑KIT-SO3H活性高，穩(wěn)定性好，具有較好的介孔結(jié)構(gòu)和較強(qiáng)的酸性。固體酸催化劑因其對(duì)環(huán)境友好、易分離和可重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)，也具有廣闊的應(yīng)用前景。該催化劑研制成功具有一定的應(yīng)用前景。

學(xué)術(shù)論文摘要

采用后合成方法，將含有巰基的化合物3-巰丙基三甲氧基硅烷（MPTMS）鍵合在純硅介孔分子篩KIT-1表面上，經(jīng)氧化和酸化后得到含有酸性的磺酸基團(tuán)的固體酸催化劑KIT-SO3H。用 X射線(xiàn)衍射、紅外光譜及熱失重等方法對(duì)改性前后的KIT-1樣品進(jìn)行了表征，并考察了KIT-SO3H催化劑對(duì)對(duì)苯二酚和叔丁醇的烷基化反應(yīng)的活性，通過(guò)在150 °C和120 °C條件下重復(fù)使用考察催化劑的穩(wěn)定性，以及失活原因。結(jié)果表明，改性后 KIT-1 分子篩的結(jié)構(gòu)未發(fā)生變化, MPTMS鍵合于分子篩的表面，改性后的分子篩具有質(zhì)子酸中心，對(duì)于烷基化反應(yīng)具有較高的催化活性。150 °C時(shí)重復(fù)反應(yīng)催化劑失活較為嚴(yán)重，轉(zhuǎn)化率由100%降至38.2%，而120 °C時(shí)重復(fù)反應(yīng)四次后轉(zhuǎn)化率僅由100%降至84%，說(shuō)明在適當(dāng)溫度下該催化劑不僅性能穩(wěn)定而且可重復(fù)使用。

獲獎(jiǎng)情況

無(wú)

鑒定結(jié)果

無(wú)

參考文獻(xiàn)

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同類(lèi)課題研究水平概述

隨著社會(huì)環(huán)保意識(shí)的日益增強(qiáng),對(duì)環(huán)保用催化劑的要求越來(lái)越高,在有機(jī)常用催化劑中，大多數(shù)具有腐蝕性毒性或難于回收等缺點(diǎn)，為彌補(bǔ)這些缺陷，固體酸的研究更加具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值.固體酸催化劑無(wú)腐蝕性和毒性,與產(chǎn)物易分離，是環(huán)境友好催化劑。目前，分子篩是固體酸催化劑中研究的最深入、應(yīng)用成功的。一般的微孔分子篩雖有較強(qiáng)的酸性，但其較小的孔道往往對(duì)涉及大分子的反應(yīng)的傳質(zhì)不利，因此如何解決這些反應(yīng)過(guò)程中的催化劑失活、傳質(zhì)等問(wèn)題就成為重要的研究課題。許多專(zhuān)家研究出了許多有序介孔材料，如SBA-15，MCM-41和KIT-1等，使得這些反應(yīng)的固體催化成為可能。但是它們的酸性一般較分子篩弱，因而不能滿(mǎn)足一些反應(yīng)對(duì)催化劑酸性的要求。為此，許多學(xué)者開(kāi)展了大量的研究工作，通過(guò)對(duì)介孔材料進(jìn)行修飾來(lái)增強(qiáng)其酸性.磺酸基官能化的SBA-15，MCM-41等都被用于催化一些酸催化反應(yīng)，如烷基化、酯化、水解等。但磺酸基官能化的KIT-1分子篩用于催化的研究卻比較少見(jiàn)。通過(guò)后合成法在KIT-1上鍵合磺酸基團(tuán)，制備的固體酸催化劑KIT-SO3H是一種具有較好的介孔結(jié)構(gòu)和較強(qiáng)的酸性，活性高，穩(wěn)定性好的催化劑。
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