【正文】 唐 山 學(xué) 院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)設(shè)計(jì)題目：SO42/ZrO2/Fe3O4/TiO2催化劑的制備及其性能研究 系 別： 環(huán)境與化學(xué)工程系 班 級： 11化學(xué)工程與工藝（1）班 姓　 　名： 范洪濤 指 導(dǎo) 教 師： 李?；? 2015年6月6日SO42/ZrO2/Fe3O4/TiO2催化劑的制備及其性能研究摘 要固體超強(qiáng)酸催化劑是近年來研究和開發(fā)的一種新型固體酸催化劑，它具有酸性強(qiáng)度高，易分離等特點(diǎn)，具有非常重要的應(yīng)用價(jià)值。它可以克服工業(yè)上傳統(tǒng)催化劑(如濃硫酸、濃磷酸等無機(jī)液體酸等金屬鹵化物）的諸多弊端：易腐蝕、污染環(huán)境、難分離、副反應(yīng)多、產(chǎn)物選擇性低、催化活性不高等。SO42/ZrO2型固體超強(qiáng)酸催化劑即為其中一種，這種超強(qiáng)酸催化劑具有高催化活性、水熱穩(wěn)定性、產(chǎn)物與催化劑易分離、不腐蝕設(shè)備、不污染環(huán)境和重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)。利用化學(xué)共沉淀法制備磁性基質(zhì)，并與固體酸氧化物復(fù)合，合成既具有磁性又具有較高酸強(qiáng)度的磁性固體酸催化劑。通過催化二苯甲醇與乙酸乙酰乙酯等親核試劑的反應(yīng)，來檢測該催化劑的活性，并通過超強(qiáng)磁鐵來分離反應(yīng)產(chǎn)物與催化劑。結(jié)果表明該催化劑有很強(qiáng)的催化活性，%。.關(guān)鍵詞: 磁性 固體酸催化劑 氯氧化鋯Study on the Preparation and Properties of SO42/ZrO2/Fe3O4/TiO2/CatalystAbstractSolid superacid catalyst is a new type of catalyst materials which have been developed in recent yeas. This catalyst has been proved to be a very effective from the viewpoint of activity, selectivity and reusability in the preparation of various important chemicals which have a number of difficulties with homogeneous catalysts, and can overe such as corrosion, pollution, more vicereactions, difficult of separation,and low selectivity. SO42/ZrO2 is a kind of them, which has such advantages as high activity, hydrothermal stability, easy of separation of production with catalyst, noncorrosion and nonenvironment polluting.Magnetic matrix was prepared by chemical coprecipitation, then with solid acid oxide posite. The catalyst had high acid strength and magnetic. The activity of the catalyst was detected by catalytic reaction of benzhydrol with ethyl acetate and other affinity reagents. And through the super magnet to separate the reaction product and catalyst. It was found that catalyst showed high catalytic performance. And the conversion rates of benzhydrol and ethylacetoacetate can up to %. Key word: magnetic。 solid acid catalyst。 zirconium oxide目錄1引言 1 2 2 2 3 3 4 5 6 6 SO42/ZrO2/TiO2制備 6 7 7 8 92實(shí)驗(yàn)部分 10 10 11 11 SO42/ZrO2/Fe3O4/TiO2磁性超強(qiáng)酸的合成 11 13 13 13 13 14 14 143結(jié)果與討論 16 16 16 SO42/ZrO2/Fe3O4/TiO2磁性超強(qiáng)酸的合成 16 16 16 17 18結(jié)論 20謝辭 21參考文獻(xiàn) 22唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)1 引言酸催化反應(yīng)是化學(xué)工業(yè)中重要的反應(yīng)過程之一，但是大多數(shù)的酸催化反應(yīng)是以液體酸為催化劑的[12]。以液體酸作為催化劑有很大的缺點(diǎn)，比如它會(huì)使反應(yīng)容器受到腐蝕，反應(yīng)后的產(chǎn)物與催化劑難以分離，既污染了環(huán)境，又浪費(fèi)了催化劑，伴隨則社會(huì)的發(fā)展，人們對環(huán)境的關(guān)注度的提升，液體酸作為催化劑必將會(huì)被淘汰，而開發(fā)新的類型的催化劑勢在必行。固體酸催化劑是近些年來在催化劑領(lǐng)域上研究的熱點(diǎn)，它作為催化劑可以催化多種反應(yīng)，比如可以催化烯烴的雙鍵異構(gòu)化反應(yīng)、烷烴反應(yīng)、異構(gòu)化反應(yīng)、烯烴烷基化反應(yīng)、煤液化反應(yīng)、以及酯化反應(yīng)等許多化學(xué)反應(yīng)，在這些反應(yīng)中它都表現(xiàn)出了很高的催化反應(yīng)活性，而且這種催化劑的制備方法比較簡便，催化劑的催化反應(yīng)溫度比較低，而且對環(huán)境友好，所以這種催化劑有著廣泛的發(fā)展前景，最近一段時(shí)間，已成為許多學(xué)者研究的熱點(diǎn)課題之一[3]。早期開發(fā)出的固體酸催化劑回收利用很困難，并且很容易失去活性，隨著研究的深入，開發(fā)出的一些固體酸中氧化物固體酸中以ZrO2作為主催化劑，它的酸性比較強(qiáng)，但是也有很大的缺點(diǎn)，比如它的熱穩(wěn)定性比較差，增加處理的溫度就會(huì)造成催化劑催化效率降低，其原因是催化劑表面積的明顯的的下降。為了改善這種催化劑的缺點(diǎn)，經(jīng)常會(huì)通過摻雜其他的金屬氧化物，比如SiOCaO、Y2O3及MgO等形式的氧化物，用來提高這種催化劑的穩(wěn)定性同時(shí)提高這種催化劑的酸性強(qiáng)度。但是這種固體超強(qiáng)酸催化劑的回收依然困難，分離也離依然是個(gè)很大的難題。本論文通過將帶有磁性的Fe3O4作為磁性基質(zhì)，把它引入到固體酸催化劑中，合成同時(shí)據(jù)有磁性而且有比較高的酸性強(qiáng)度的磁性固體酸催化劑。而且這次畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)合國內(nèi)外在催化劑領(lǐng)域的研究的現(xiàn)狀，針對單一的組分的二氧化鋯的催化活性比較低，而且在反應(yīng)系統(tǒng)中比較容易團(tuán)聚，而且分離和回收比較困難的缺點(diǎn)，提出合成一種新型催化劑，這種催化劑具有磁性，從而使得分離比較容易，且酸性較大，把二氧化鋯作為主活性組分并且為催化劑的載體，把制成的磁性基質(zhì)Fe3O4和其它的氧化物引入到二氧化鋯固體酸催化劑中，制出一種新型的磁性納米復(fù)合氧化物固體超強(qiáng)酸催化劑，磁性基質(zhì)Fe3O4的引入給予了納米復(fù)合氧化物固體酸催化劑以磁性，而其它組分的氧化物的引入，可以穩(wěn)定二氧化鋯四方晶相，從而可以提高二氧化鋯作為超強(qiáng)固體酸的酸性。從而使得制出的這種催化劑有較高的催化活性，同時(shí)又容易分離，可以被重復(fù)的使用，既減少了反應(yīng)的成本又保護(hù)了環(huán)境。 固體酸催化劑大多屬于多組分催化劑，這種催化劑主要是由主催化劑、載體、助催化劑等組成。它的各組分作用分別如下。 主催化劑又被叫做活性組分，它是多組分的催化劑中的主體，是催化劑必需具有的組分。載體它是催化劑活性組分的分散劑和黏合物以及支撐體，是負(fù)載催化劑活性組分的骨架；載體的主要作用是提供 孔結(jié)構(gòu)和高表面積，同時(shí)增大催化劑的強(qiáng)度；助催化劑是催化劑的輔助成分，量較少；助劑本身無活性或活性很小，加入之后可以改變催化劑的 化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)，從而能提高催化劑的活性、選擇性、穩(wěn)定性或壽命。在本的實(shí)驗(yàn)中，合成的催化劑是多組分催化劑，其催化劑中含有二氧化鈦、四氧化三鐵、二氧化鋯。在這些組分中，二氧化鋯是作為主活性組分并且為催化劑的載體，F(xiàn)e3O4是作為磁性基質(zhì)，跟其它的氧化物引入到二氧化鋯固體酸催化劑中，制成出一種新型的磁性納米復(fù)合氧化物固體超強(qiáng)酸催化劑，磁性基質(zhì)的引入賦予了復(fù)合氧化物固體酸以磁性，其它組分氧化物的引入，可以穩(wěn)定二氧化鋯四方晶相，提高二氧化鋯作為固體酸的酸性[4]。固體酸催化劑是固態(tài)的，并且反應(yīng)中可替代液體酸的一類催化劑。它在催化劑家族中占有重要位置的一類催化劑，在這類催化劑表面具有酸性部位也叫做酸性中心，這也是催化劑的活性部位。它的催化功能來源于此。組成這類催化劑的元素大多是非過度元素，它們多數(shù)為非過渡元素的氧化物或混合氧化物，其催化性能不同于含過渡元素的氧化物催化劑。嚴(yán)格地講，按照布朗斯特(Bronsted)和路易士(Lewis)酸堿理論，固體酸是指表面具有給出質(zhì)子或者接受電子對傾向的物質(zhì)[5]。關(guān)于酸堿性質(zhì)的三種理論Arrhenius理論—酸堿的電離理論，該理論認(rèn)為酸就是在水溶液中電離后，陽離子全部是H+的物質(zhì)，而堿則是電離后陽離子全部是OH的物質(zhì)。BronstedLowry理論—酸堿的質(zhì)子理論，該理論認(rèn)為酸是具有失去或給予質(zhì)子傾向的物質(zhì)，而堿則是具有接受質(zhì)子傾向的物質(zhì)。傾向性的大小就代表了酸或堿的強(qiáng)度。屬于這類的