铝锆改性介孔分子筛的制备、表征及催化性能研究

【摘要】：以非离子表面活性剂P123（聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段醚共聚物）作模板剂，正硅酸乙酯（TEOS）为硅源，在酸性条件下合成介孔分子筛SBA-15。以十六烷基三甲基溴化铵作模板剂，正硅酸乙酯为硅源，在碱性条件下合成介孔分子筛MCM-41。再分别以介孔材料SBA-15和MCM-41作为载体，采用尿素水解和浸渍相结合的方法，制备了固体酸SO_4~(2-)/Al_2O_3-ZrO_2/SBA-15和SO_4~(2-)/Al_2O_3-ZrO_2/MCM-41催化剂。通过实验考察了两种催化剂的合成条件，固体酸催化剂SO_4~(2-)/Al_2O_3-ZrO_2/SBA-15的合成条件为ZrO_2负载在SBA-15上的质量分数为30%、硫酸浸渍液的浓度为0.5mol/L、焙烧温度为550℃、焙烧时间3h。固体酸催化剂SO_4~(2-)/Al_2O_3-ZrO_2/MCM-41的合成条件为ZrO_2负载在MCM-41上的质量分数为40%、硫酸浸渍液的浓度0.5mol/L、焙烧温度550℃、焙烧时间4h。 采用IR、TG-DTG、XRD、SEM及N2吸附-脱附等表征方法对合成固体酸催化剂的骨架结构、表观形貌和孔结构等方面进行了测试分析，表征结果显示，经过改性的介孔分子筛固体酸仍具有典型的介孔结构特征。为了对合成的样品催化剂进行催化性能评价，分别将两种固体酸催化剂应用在催化合成棕榈酸甲酯的酯化反应中，催化剂显示出了较好的催化活性。采用正交实验优化出棕榈酸甲酯的较优合成条件，用固体酸催化剂SO_4~(2-)/Al_2O_3-ZrO_2/SBA-15催化合成棕榈酸甲酯的较优工艺条件为：催化剂用量为1.2g，反应时间为9h，酸醇摩尔比为1:12。用固体酸催化剂SO_4~(2-)/Al_2O_3-ZrO_2/MCM-41催化合成棕榈酸甲酯的较优工艺条件为：催化剂用量为1.0g，反应时间为10h，酸醇摩尔比为1:14。