基本信息
- 項目名稱：
- 介孔固體酸KIT-SO3H的后合成法合成及催化性能研究
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 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的固體酸催化劑KIT-SO3H。用 X射線衍射、紅外光譜及熱失重等方法對改性前后的KIT-1樣品進行了表征，并考察了KIT-SO3H催化劑對對苯二酚和叔丁醇的烷基化反應的活性，通過在150 °C和120 °C條件下重復使用考察催化劑的穩(wěn)定性，以及失活原因。
- 詳細介紹：
- 在有機常用催化劑中，大多數(shù)具有腐蝕性毒性或難于回收等缺點，為彌補這些缺陷，固體酸的研究更加具有經(jīng)濟價值.固體酸催化劑無腐蝕性和毒性,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、應用成功的是分子篩。一般的微孔分子篩雖有較強的酸性，但其較小的孔道往往對涉及大分子的反應的傳質(zhì)不利，因此如何解決這些反應過程中的催化劑失活、傳質(zhì)等問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，因而不能滿足一些反應對催化劑酸性的要求。為此，人們通過對介孔材料進行修飾來增強其酸性.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，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。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，但用于合成的原料P123價格昂貴，造價太高，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的進行，但其一維孔道一旦堵塞便無法繼續(xù)催化，KIT-1分子篩具有的一維孔道彼此交叉形成三維無序結(jié)構，有利于催化、吸附過程的物質(zhì)傳遞，而且具有造價低，熱穩(wěn)定性好的優(yōu)點。2-叔丁基對苯二酚(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，同時又可作為塑料和橡膠的穩(wěn)定劑和其他化學產(chǎn)品制備過程中的中間體。2-TBHQ通常以液體酸(磷酸或硫酸)為催化劑，通過對苯二酚與叔丁醇或甲基叔丁基醚烷基化反應來制備，但液體酸的強腐蝕性會造成嚴重的環(huán)境污染。固體酸因其對環(huán)境友好、易分離和可重復使用等優(yōu)點成為理想的替代品。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的固體酸催化劑KIT-SO3H。用 X射線衍射、紅外光譜及熱失重等方法對改性前后的KIT-1樣品進行了表征，并考察了KIT-SO3H催化劑對對苯二酚和叔丁醇的烷基化反應的活性，通過在150 °C和120 °C條件下重復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，對于烷基化反應具有較高的催化活性。150 °C時重復反應催化劑失活較為嚴重，轉(zhuǎn)化率由100%降至38.2%，而120 °C時重復反應四次后轉(zhuǎn)化率僅由100%降至84%，說明在適當溫度下該催化劑不僅性能穩(wěn)定而且可重復使用。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 常用有機催化劑，大多數(shù)具有腐蝕性毒性或難于回收等缺點。固體酸催化劑無腐蝕性和毒性,與產(chǎn)物易分離，對環(huán)境友好。固體酸催化劑分子篩雖有較強的酸性，但其較小的孔道往往對涉及大分子的反應的傳質(zhì)不利。有序介孔材料，使得這些反應的固體催化成為可能。本文通過后合成法在KIT-1上鍵合磺酸基團，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叔丁醇與對苯二酚烷基化反應的催化性能。
科學性、先進性及獨特之處
- 通過后合成法在KIT-1上鍵合磺酸基團，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)構和較強的酸性。磺酸基官能化的KIT-1分子篩用于催化的研究比較少見，具有一定的創(chuàng)新性和科學性。固體酸類催化劑具有對環(huán)境友好、易分離和可重復使用等優(yōu)點，是常用有機催化劑的理想替代品。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 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)構和較強的酸性。固體酸催化劑因其對環(huán)境友好、易分離和可重復使用等優(yōu)點，也具有廣闊的應用前景。該催化劑研制成功具有一定的應用前景。
學術論文摘要
- 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的固體酸催化劑KIT-SO3H。用 X射線衍射、紅外光譜及熱失重等方法對改性前后的KIT-1樣品進行了表征，并考察了KIT-SO3H催化劑對對苯二酚和叔丁醇的烷基化反應的活性，通過在150 °C和120 °C條件下重復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，對于烷基化反應具有較高的催化活性。150 °C時重復反應催化劑失活較為嚴重，轉(zhuǎn)化率由100%降至38.2%，而120 °C時重復反應四次后轉(zhuǎn)化率僅由100%降至84%，說明在適當溫度下該催化劑不僅性能穩(wěn)定而且可重復使用。
獲獎情況
- 無
鑒定結(jié)果
- 無
參考文獻
- [1]Jang，S.H. and Ahn，W.H. Phase transition of mesoporous SiO2 impregnated with an organic templating agent by post-synthetic microwave heating[J]，Journal of Porous Materials. 2008，15（1）: 93-99. [2]Ryoo R, Kim JM, Shin CH, et al. Synthesis and hydrothermal stability of a disordered mesoporous molecular sieve [J]. Studies in Surface Science and Catalysis.1997, 105 ( PartA2 C) : 45～52. [3]Zhao, W. ,Salame, P. , Launay，F(xiàn). et al . Sulfonic acid functionalised SBA-15 as catalysts for Beckmann rearrangement and esterification reaction [J]. Journal of Porous Materials 2008,15(2):139-143. [4]李惠云,華偉明.KIT-1介孔分子篩的化學修飾及吸附性能[J].無機化學學報.2007，6.1093-1098. [5]周麗娜,劉 可,華偉明等.碳基磺酸化固體酸材料的制備及其催化性能[J].催化學報.2009,30(3):196-200. [6]李惠云,何其戈,王紹梅等. Al-MSU-S(Y)催化劑上對苯二酚與叔丁醇的烷基化反應[J].石油化工.2008,37(5):460-464.
同類課題研究水平概述
- 隨著社會環(huán)保意識的日益增強,對環(huán)保用催化劑的要求越來越高,在有機常用催化劑中，大多數(shù)具有腐蝕性毒性或難于回收等缺點，為彌補這些缺陷，固體酸的研究更加具有經(jīng)濟價值.固體酸催化劑無腐蝕性和毒性,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、應用成功的。一般的微孔分子篩雖有較強的酸性，但其較小的孔道往往對涉及大分子的反應的傳質(zhì)不利，因此如何解決這些反應過程中的催化劑失活、傳質(zhì)等問題就成為重要的研究課題。許多專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，因而不能滿足一些反應對催化劑酸性的要求。為此，許多學者開展了大量的研究工作，通過對介孔材料進行修飾來增強其酸性.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，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。通過后合成法在KIT-1上鍵合磺酸基團，制備的固體酸催化劑KIT-SO3H是一種具有較好的介孔結(jié)構和較強的酸性，活性高，穩(wěn)定性好的催化劑。
