炭基固體酸催化劑的制備及其催化性能的研究.pdf

1、課題以研制開發(fā)新型高效的固體酸催化劑為目的。課題采用先炭化后磺化的方法，以杉木屑為原料制備磺化碳固體酸，通過單因素實驗法確定了較優(yōu)的制備工藝條件為：磺化時間8h,炭化溫度400℃，炭化時間3h及磺化溫度170℃，在此條件下，磺化碳的表面酸量可達1.616mmol/g。采用傅立葉紅外分析（FT-IR）、元素分析（EA）與熱重分析（TG）等表征手段對催化劑進行表征，結(jié)果表明：磺酸基很好地負載在炭材料上，磺化碳具有較好的熱穩(wěn)定性。以最優(yōu)制備工

2、藝條件下的磺化碳為催化劑合成乙酸正丁酯，酯化產(chǎn)物經(jīng)折光率測定及氣質(zhì)聯(lián)用分析后，證實了主產(chǎn)物為乙酸正丁酯，副產(chǎn)物僅有正丁醚。采用單因素實驗與響應(yīng)面分析法考察主要合成工藝參數(shù)對乙酸正丁酯酯化率的影響，可得其較理想的合成工藝條件為：反應(yīng)溫度130℃，醇酸摩爾比為1.51:1，反應(yīng)時間3.45h，催化劑用量0.7g。在此條件下，酯化率可達99.20％。
　　同時本課題采用原位合成法以杉木屑為原料制備炭基磷鎢酸。該方法在磷酸作用下木質(zhì)原料在

3、完成炭化與活化形成高吸附活性炭雛形的同時，亦完成了催化劑的負載。該方法具有低碳環(huán)保、節(jié)能高效、成本低等優(yōu)點。通過單因素實驗法確定了其較優(yōu)的制備工藝條件為：焙燒溫度380℃，保溫時間1.5h,磷鎢酸質(zhì)量濃度150g/L。在此條件下，磷鎢酸的負載量為0.3895g/g，其在酯化溫度130℃，醇酸摩爾比1.2:1，反應(yīng)時間2.5h,炭基磷鎢酸的用量0.8g的條件下，酯化率高達88.72%。采用FT-IR、XRD、TG等表征手段對催化劑進行表征

4、，結(jié)果表明：磷鎢酸較好地負載在炭材料上，炭基磷鎢酸的keggin結(jié)構(gòu)特征吸收峰未發(fā)生明顯變化，且其最佳負載量為0.3895g/g，磷鎢酸的keggin結(jié)構(gòu)從387℃開始分解。以最佳負載量的炭基磷鎢酸為催化劑合成乙酸正丁酯，其酯化產(chǎn)物經(jīng)折光率測定及氣質(zhì)聯(lián)用分析，證實了主產(chǎn)物為乙酸正丁酯，副產(chǎn)物僅有正丁醚。采用單因素實驗與響應(yīng)面分析法考察主要合成工藝參數(shù)對乙酸正丁酯酯化率的影響，可得其最佳的合成工藝條件為：反應(yīng)溫度130℃，醇酸摩爾比為1.

5、72:1，反應(yīng)時間3.19h，催化劑用量0.79g。在此條件下，其酯化可達99.12%。
　　課題進一步對所進行的乙酸正丁酯合成反應(yīng)動力學進行研究，通過對實驗數(shù)據(jù)進行分析處理，證實了本反應(yīng)可用二級不可逆反應(yīng)動力學模型描述，利用該模型可計算出相應(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)、表觀活化能及反應(yīng)的動力學方程。結(jié)果表明：磺化碳作為催化劑，其表觀反應(yīng)活化能70.1kj/mol,反應(yīng)動力學方程為r=8.37×106×e(-7.01×105/RT)×CACB