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改性蒙脱土的制备及催化长链酸酯化性能的研究

赵起  
【摘要】:本论文对固体酸催化剂催化酯化反应进行了研究,主要考察了酸化蒙脱土催化剂的制备、表征以及其在催化酯化反应中的催化性能。采用多种无机酸对蒙脱土进行酸化改性,制备得到固体酸催化剂,并且以催化剂的表面酸量和酯化率为指标优化催化剂的制备工艺条件,得到催化剂的最佳改性条件:酸种类为硝酸,酸浓度为2mol/L,酸化时间为24h,酸化温度为50℃,液固比为12m L/g。采用IR、XRD、BET、SEM、TGA和紫外光谱分析法对催化剂进行表征,进一步了解催化剂的结构特点和性能。吡啶吸附红外谱图表明酸化处理使蒙脱土表面同时具备了B酸和L酸两种酸位;通过XRD分析可知,蒙脱土经过酸化改性后晶型结构没有遭到破坏,层间距扩大;BET测试结果表明,蒙脱土经过酸化改性处理后具有较大的比表面积和均一的孔径分布;SEM分析表明,酸化改性处理使蒙脱土发生了部分层离,并且这些碎片重新堆积形成了更大的中孔孔道,为反应物提供了更多的反应场所;TGA和紫外光谱分析分别显示酸化后的蒙脱土热力学稳定性和表面酸量有了明显的提高。以所制备的H-MMT为固体酸催化剂,催化合成季戊四醇四异硬脂酸酯。考察反应时间、催化剂加入量、酸醇摩尔比以及反应温度对酯化率的影响。通过单因素和正交实验确定了最佳反应条件:反应时间为6.0h、反应温度为190℃、酸醇摩尔比为5.6:1、催化剂用量(异硬脂酸质量的百分数)为2.5%,在此条件下反应酯化率能达到94%以上。采用本论文方法制备的季戊四醇四异硬脂酸酯的热稳定性能、倾点、粘温性能均达到了理想指标,测定了季戊四醇四异硬脂酸酯的分解温度为360℃,具有较高的热稳定性能,黏度指数为98.07,产物纯化后酸值为1.9mg KOH/g、皂化值为187.43mg KOH/g、折光率n25=1.468、倾点为-21℃。以所制备的H-MMT为固体酸催化剂,催化合成十六酸十六醇酯。考察反应时间、催化剂加入量、醇酸摩尔比及反应温度对酯化率的影响。研究结果表明,反应时间3.5h,催化剂加入量为十六酸质量的5%,醇酸摩尔比为1.3:1,在180℃下反应酯化率能达到95%以上。本文还通过十六酸十六醇酯的制备探讨了催化剂的重复利用和再生性能。结果表明,当催化剂重复使用5次后其催化活性有所下降,催化剂再生后催化性能得到提高,酯化率可恢复到94%左右。


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