固体超强酸SO_4～（2-）/MoO_3-TiO_2的表面酸性及催化酯化活性分析

【摘要】： 固体酸可以理解为凡能使碱性指示剂改变颜色的固体,而固体超强酸是指酸强度超过100%浓硫酸(Ho=-11.92)的固体酸。由于SO_4~(2-)/M_xO_y型固体超强酸不但具有种类多、酸性强、无腐蚀性卤素离子、适于多种类型的催化反应,可回收再生、重复使用等优点;而且还能克服液体无机酸所导致的腐蚀设备严重、与产物分离困难、后处理复杂、污染环境等弊端,故自上世纪八十年代初以来,它的研发和应用倍受人们关注。本论文制备了一种新型多元复合氧化物SO_4~(2-)/M_xO_y型固体超强酸SO_4~(2-)/MoO3-TiO2(简称:SMT)并分析了其可能的表面结构、表面酸性和催化酯化活性。 1、以(NH4)6Mo7O24为Mo源、以SO_4~(2-)为促进剂、以低温陈化法制得的Ti(OH)4为TiO2前体,通过高温焙烧制备了固体超强酸SMT,并以催化合成丙酸丁酯为探针反应,优化了其制备工艺,获得优化工艺条件如下:沉淀Ti(OH)4的pH为8、MoO3含量20%、硫酸浓度0.5mol/L、焙烧温度773K。 2、通过DTA、XRD、FT-IR及BET等分析手段考察Mo掺入SO_4~(2-)/TiO2后对SMT晶化温度、表面晶相、可能的表面结构和比表面积的影响。实验结果表明MoO3引入固体超强酸降低了它的晶化温度,有利于TiO2表面的晶化,能提高其比表面积,并能抑制焙烧过程中比表面积减小,但它的热稳定性下降了约2.6%;SMT和SO_4~(2-)/TiO2均为锐钛矿晶相;SO_4~(2-)在催化剂表面为螯合双配位吸附,表面酸位为螯合式双配位体,属固体超强酸结构。 3、利用吸附吡啶的FT-IR、Hammett指示剂和正丁胺滴定法对SMT的酸类型、酸强度和酸量等表面酸性进行了定性或定量分析。结果表明SMT属于Br?nsted酸,Hammett指示剂测定MoO3含量15%、773K焙烧的催化剂表面具有最大酸强度,Ho为-14.522;正丁胺-环己烷溶液定量分析MoO3含量20%、773K焙烧的催化剂表面酸量达到最高,为0.91mmol·g-1;MoO3掺入到TiO2体系后能够抑制催化剂焙烧过程中硫的流失,提高了它的酸强度和表面酸量。 4、以正交试验L9(34)优化了SMT催化合成丙酸正丁酯的工艺条件,依据Eley-Rideal反应模型,对酯化反应进行了动力学分析,并探讨了MO引入SO_4~(2-)/TiO2对催化活性和使用寿命等方面的影响,最后应用SMT催化合成多种丙酸酯。实验结果表明:催化合成丙酸正丁酯的优化工艺条件为:酸醇摩尔比1:1.1,催化剂用量为2%,反应时间2h;SO_4~(2-)、MoO3同时负载在TiO2上后,表现出一定的协同效应,使得其使用寿命和催化活性比SO_4~(2-) /TiO2的有较大提高,对酯化反应有极好的选择性;它对其他丙酸酯亦具有较高的催化活性,催化合成丙酸正丁酯的表观活

【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：O643.32