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《武汉轻工大学》 2016年
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二氧化碳与氧化苯乙烯偶联合成环状碳酸酯的催化体系研究

罗珊珊  
【摘要】:二氧化碳(CO_2)不仅是一种主要的温室气体,同时也是地球上储量最丰富、最廉价的碳一资源。近年来,发展CO_2绿色高效的化学转化方法已引起了广泛关注。CO_2与氧化苯乙烯(SO)偶联合成苯乙烯环状碳酸酯(SC)是化学固定CO_2的有效手段之一。本文主要探索制备简单、易于回收的负载催化剂在CO_2和SO偶联合成SC反应中的催化性能。采用四乙氧基硅烷为原料合成介孔材料MCM-41,并与磁性纳米四氧化三铁(Fe_3O_4)掺杂制备复合氧化物载体Fe_3O_4@MCM-41,通过负载溴化锌(ZnBr2)制备负载催化剂ZnBr2/Fe_3O_4@MCM-41。利用红外光谱(IR)、X射线粉末衍射(XRD)以及N2吸附-脱附对催化剂的结构进行表征,并运用原子吸收(AAS)测定负载催化剂中的Zn负载量。XRD结果表明,负载活性组分ZnBr2后,载体中Fe_3O_4的晶体结构基本不变,同时保留了介孔材料的六方介孔结构,但有序度降低。考察Zn Br2/Fe_3O_4@MCM-41在CO_2和SO偶联合成SC反应中的催化性能,研究催化剂种类、催化剂用量、反应压力、反应温度和反应时间的影响。反应完成后,利用磁铁回收负载催化剂并研究其循环催化性能。采用气相色谱(GC)和气质联用(GC-MS)对产物进行定量和定性分析。结果表明,在四丁基碘化铵(n-Bu4NI)与ZnBr2的摩尔比为2、Zn负载量为14.9 wt%、反应压力8 MPa和反应温度90°C的条件下反应3 h,SC的产率达81.5%;负载催化剂在5次循环利用过程中,催化活性基本保持不变。采用GC-MS对反应产物的组成进行定性分析。结果表明,除生成主产物SC外,还有苯乙醛、苯乙酮和1-苯基-1,2-乙二醇等副产物生成。其中,苯乙醛和苯乙酮是主要副产物。采用Fe_3O_4@MCM-41负载乙酰丙酮铜制备[Cu(acac)_2/Fe_3O_4@MCM-41]。利用IR和XRD对负载催化剂的结构进行表征。结果表明,负载活性组分Cu(acac)_2后,载体结构基本保持不变。研究Cu(acac)_2/Fe_3O_4@MCM-41在CO_2和SO偶联合成SC反应中的催化性能,探讨Cu负载量的影响并对反应条件进行优化。研究表明,当SO:Cu(acac)_2:四丁基溴化铵(n-Bu4NBr)的摩尔比为100:1:2,Cu负载量为2.5 wt%时,在8 MPa和100°C下反应3 h,SC的产率达91.7%;负载催化剂在5次循环使用过程中,催化活性基本保持不变。采用Fe_3O_4@MCM-41同时负载Cu(acac)_2和n-Bu4NBr制备二元负载催化剂Cu(acac)_2/n-Bu4NBr/Fe_3O_4@MCM-41。利用IR、XRD、N2吸附-脱附和X射线光电子能谱(XPS)对二元负载催化剂的结构进行表征。研究二元负载催化剂在CO_2和SO偶联合成SC反应中的催化活性并优化反应条件。反应完成后,对二元负载催化剂进行循环利用并探讨影响循环催化性能的因素。结果表明,当Cu和Br的负载量分别为2.4 wt%和6.1 wt%时,在8 MPa和100°C下反应1 h,SC的产率达87.5%;二元负载催化剂在前3次循环使用过程中具有较好的催化稳定性,在循环利用4次后,活性组分Br的流失引起SC产率下降,通过向反应体系中另外加入一定量的n-Bu4NBr可恢复回收催化剂的催化活性。
【学位授予单位】:武汉轻工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:O643.36

【参考文献】
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