负载型磺化聚苯乙烯基膦酸—磷酸氢锆催化剂的研究

【摘要】： 本文利用磺化苯膦酸锆和磺化聚苯乙烯相似的性质，首次将二者相互修饰相互改性，即用低聚的磺化聚苯乙烯代替磺化苯膦酸锆中键连在无机膦酸盐骨架上的苯磺酸，实现两种催化剂的优势互补，制备出一系列不同载体负载的固体酸催化剂。本文对各步骤的投料比、反应温度、反应时间等反应条件做了详细的探讨，得到了相应的较优反应条件。用红外光谱、热分析、酸碱滴定法等对各步中间产物及终产物进行了表征，与理论预期结果基本一致。 用酸碱滴定法和指示剂法分别测定不同载体催化剂的酸量和酸强度，结果表明，该类催化剂最高酸量可达23.5372mmol/g，相应酸强度范围为-11.35＜H_0≤-8.2。酸量较高的催化剂催化效果也很好。不同制备方法所得载体表面具有不同的酸量和酸强度，这些都会影响催化剂的负载效果和催化性能。 该类催化剂中的无机磷酸与有机膦酸的配比(2-x)/x可以根据需要进行调整，(2-x)/x值不同，催化剂的性能也不同，实验表明当(2-x)/x为2时该类催化剂的酸量较高，催化活性也较好，原因是此时能为反应物提供足够的反应空间和酸量，与理论分析相一致。 该类新型催化剂具备非均相催化剂的各种优点，适用反应温度范围很宽，本文实验中涉及到的酯化、缩醛、缩酮等反应温度下使用该催化剂效果均很好，最低使用温度为75℃，目前最高可在180℃使用，比磺化聚苯乙烯树脂催化剂要高出50℃，能反复多次再生使用，且使用寿命很长，累计使用时间可达85小时以上，是一种性能优良的固体酸催化剂。 研究了催化剂使用过程中活性下降的两大影响因素-中毒和老化。长期重复使用催化剂的过程中，诸多毒物会堵塞催化剂的微孔或会使催化剂单位表面上活性成分的数目减少或使活性物质占据的表面分数减小，这样催化剂的活性就会下降。文中还对直接导致或加速催化剂老化的因素做了研究。 该催化剂同时也是一种新型的离子交换功能材料，具有较大的吸附容量，有望用于工业污水的治理，对于日益重视环境保护的二十一世纪，有较广阔的应用前景。