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煤基碳基及TiO_2/AC-SO_4~(2-)固体酸光催化剂在有机合成的应用研究

谢昊  
【摘要】:随着绿色化学的发展,开发可回收的非均相的固体酸催化剂催化一些有机反应成为人们十分关注的研究热点。本研究基于对煤基碳基固体酸的设计,开展了该类固体酸催化剂的制备及催化应用研究,并研究了将该类催化剂与TiO2光催化剂进行复合形成光催化固体酸催化剂的制备方法及其催化有机合成反应的特性。主要研究内容及其结论如下: 制备不同的煤基炭基磺化固体酸催化剂,采用IR, BET, XRD、TGA和酸碱中和滴定对催化剂结构进行了表征,并以邻苯二胺与芳香醛的缩合反应为模板反应,考察此类催化剂的催化活性。结果表明这类催化剂不仅对此缩合反应有较高产率,产率可达78%-86%,而且重复利用三次活性基本保持不变。 运用溶胶-凝胶法制备了一系列TiO2/AC-SO42-光催化固体酸催化剂,采用IR, BET, XRD、和酸碱中和滴定对催化剂进行了表征,并在光照的条件下以甲酰胺与喹啉的反应为探针反应,来探讨这种催化剂的光催化活性。结果表明,TiO2:AC(g:g)复合材料中的TiO2的晶型为锐钛矿相,且1:1酸值为0.62mmol/g的复合材料对合成2-喹啉羧酰胺具有较为明显的光催化活性,产率为4.5%。 为提高上述光催化活性及验证TiO2晶型对该类复合固体酸催化活性的影响,制备出了一系列P25/AC-SO42-光催化固体酸催化剂,采用IR, BET、XRD、和酸碱中和滴定对催化剂进行了表征,并探究了该催化剂在光照的条件下催化甲酰胺与喹啉的反应。结果表明,当复合催化剂中的二氧化钛为德固赛P25时(锐钛矿与金红石的混合相),催化剂的组成为P25:TiO2(g:g)为1:1,且酸值为1.55mmol/g时的复合固体酸催化剂对合成2-喹啉羧酰胺具有明显的光催化活性,产率为24%。 为探究提高上述光催化反应的活性,研究了上述两种催化剂与Fe2+/H2O2催化剂形成的复合体系中催化甲酰胺与喹啉的反应。结果表明,在没有光照的条件下,所制备出的一系列TiO2/AC-SO42-和P25/AC-SO42-固体酸催化剂与Fe2+/H2O2形成了协同催化作用,均具有不同的催化反应活性。其中P25/AC-SO42-的催化活性高于TiO2/AC-SO42-,产率分别为57.8%和33.2%。


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