【正文】 ............................................... 6 磁性基質(zhì)的合成方法 ............................................................................... 6 SO42/ZrO2/TiO2制備 ................................................................................ 6 催化反應(yīng)產(chǎn)物檢測(cè)方法 ...................................................................................... 7 薄層色譜法 ............................................................................................... 7 柱狀色譜法 ............................................................................................... 8 研究目的及意義 .................................................................................................. 9 2 實(shí)驗(yàn)部分 ....................................................................................................................... 10 實(shí)驗(yàn)藥品及儀器 ................................................................................................ 10 實(shí)驗(yàn)步驟 ............................................................................................................ 11 磁性基質(zhì)的合成實(shí)驗(yàn)過(guò)程 ..................................................................... 11 SO42/ZrO2/Fe3O4/TiO2磁性超強(qiáng)酸的合成 ........................................... 11 催化劑活性檢測(cè) ................................................................................................ 13 乙酸與乙醇的反應(yīng) ................................................................................. 13 二苯甲醇和乙酰乙酸乙酯的反應(yīng) ......................................................... 13 二苯甲醇與對(duì)甲苯磺酰胺的反應(yīng) ......................................................... 13 實(shí)驗(yàn)檢測(cè)操作 .................................................................................................... 14 薄層色譜檢測(cè)操作 ................................................................................. 14 柱層層析法檢測(cè)操作 ............................................................................. 14 3 結(jié)果與討論 ................................................................................................................... 16 磁性固體催化劑的制備 .................................................................................... 16 磁性基質(zhì)的制備 ..................................................................................... 16 SO42/ZrO2/Fe3O4/TiO2磁性超強(qiáng)酸的合成 ........................................... 16 催化反應(yīng) ............................................................................................................ 16 催化 乙酸和乙醇的反應(yīng) ......................................................................... 16 催化 二苯甲醇和乙酰乙酸乙酯的反應(yīng) ................................................. 17 催化 二苯甲醇與對(duì)甲苯磺酰胺的反應(yīng) ................................................. 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 1 引言 酸催化反應(yīng)是化學(xué)工業(yè)中重要的反應(yīng)過(guò)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]。為了改善這種催化劑的缺點(diǎn)，經(jīng)常會(huì)通過(guò)摻雜其他的金屬氧化物，比如 SiO CaO、 Y2O3及 MgO等形式的氧化物，用來(lái)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。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。 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(wú)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。它在催化劑家族中占有重要位置的一類(lèi)催化劑，在這類(lèi)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。 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(yáng)離子全部是 H+的物質(zhì)，而堿則是電離后陽(yáng)離子全部是 OH的物質(zhì)。 Lewis 理論 — 酸堿的電子理論 ， 該理論把酸堿定義擴(kuò)大到非質(zhì)子物質(zhì)，認(rèn)為凡唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 3 能夠接受電子對(duì)的物質(zhì)就是酸，而能給予電子對(duì)的物質(zhì)則為堿。 新型固體酸催化劑具有很多優(yōu)點(diǎn)，例如容易跟反應(yīng) 體系分離、不容易腐蝕設(shè)備、后期的處理比較簡(jiǎn)單、對(duì)環(huán)境污染的污染性性小、選擇性比較高等特點(diǎn)，可在較高的溫度范圍內(nèi)使用，擴(kuò)大了酸催化劑反應(yīng)的應(yīng)用范圍。 固體超強(qiáng)酸酸催劑可催化多種化反應(yīng)、例如烴類(lèi)的裂解、重整、異構(gòu)等石油煉制的過(guò)程，還涉及到烯烴的水合反應(yīng)、烯烴的聚合反應(yīng)、芳烴的烷基化反應(yīng)、芳烴的?；磻?yīng)、醇酸酯化等石油精細(xì)化工反應(yīng)等的過(guò)程，所以說(shuō)該類(lèi)型的催化劑是這一固體超強(qiáng)酸催化劑系列的重要基礎(chǔ)。這些年，在工業(yè)崔化反應(yīng)中，已經(jīng)有許多固體酸催 化劑代替液體酸的反應(yīng)過(guò)程，其中包括酯化反應(yīng)，聚合反應(yīng)，烷基化反應(yīng)，加成反應(yīng)，異構(gòu)化和縮合反應(yīng)。而本次實(shí)驗(yàn)主要探討磁性固體超強(qiáng)酸催化劑。在固體酸催化劑中加入有磁性的四氧化三鐵，使得整個(gè)催化劑帶有磁性。當(dāng)反應(yīng)結(jié)束后，反應(yīng)產(chǎn)物與固體酸催 化劑的分離比較困難。 焦作大學(xué)成戰(zhàn)勝等人利用磁性、微波對(duì)固體超強(qiáng)酸進(jìn)行改性，制備出磁性固體超強(qiáng)酸催化劑，這種方法為催化劑與反應(yīng)產(chǎn)物的分離提供了新的思路。H 2O 作沉淀劑，在 400 攝氏度下焙燒 3h，合成了新型的納米復(fù)合固體超強(qiáng)酸 SO42/CoFe2O4和 SO42/Fe2O3其催化劑的粒徑小 50nm。 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 6 本次實(shí)驗(yàn)合成的催化劑即有較高的催化劑活性，又有很強(qiáng)的磁性，所以該實(shí)驗(yàn)的第一步是合成具有強(qiáng)強(qiáng)磁性的磁性基質(zhì)，通過(guò)查找文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)磁性基質(zhì)的合成方法有很多種，例如化學(xué)共沉淀法合成磁性基質(zhì)。 此外還可以將 FeSO4 和 Fe2(SO4)3 分別加入三口瓶中，放入在水浴中升溫到45℃ ，然后滴加氨水，調(diào)節(jié) pH 值，使溶液 pH 范圍在 1011 之間，在水浴鍋中繼續(xù)反應(yīng) ，取出放入燒杯中用去離子水洗滌，最后用磁鐵分離磁性基質(zhì)，放 入干燥箱中干燥。 結(jié)合我系實(shí)驗(yàn)室特點(diǎn)與現(xiàn)實(shí)情況采用化學(xué)沉淀法進(jìn)行基質(zhì)的合成。 溶膠凝膠法是通過(guò)在含有一定比例的異丙醇，正丙醇鋯，硝酸和 M(CH2)3OH(M為相應(yīng)的金屬 )的混合液中，緩慢滴加異丙醇和水的混合溶液進(jìn)行凝膠化，所得凝膠陳化后，用 CO2超臨界干燥法除去溶劑，然后在 800 攝氏度下焙燒 3h后得到催化劑 [8]。比較合適用于較少量樣品分離；另外一些方面在制作薄層板的時(shí)候，通過(guò)把吸附層加厚和加大，把樣品點(diǎn)成一條線，在就能分離多達(dá) 500 毫克的樣品。展開(kāi)液一定不能沒(méi)過(guò)滴加樣品的點(diǎn)。在各種化合物、溶劑的極性不同，吸附能力也并不相同，在展開(kāi)劑向上移動(dòng)時(shí)候，進(jìn)行的解析程度不一樣，有的解析的快，有的慢，所以隨展開(kāi)劑擴(kuò)散的速度不同。這種薄層色譜的檢測(cè)方法既可以用于靈敏的檢測(cè)出反應(yīng)的是否發(fā)生。色譜體系有兩個(gè)相：一個(gè)是固定相，一個(gè)是流動(dòng)相?；旌衔镌谥V上通過(guò)反復(fù)的進(jìn)行吸附，解析，再吸附，再解析從而完成分離。 對(duì) 于柱狀色譜法來(lái)說(shuō)，實(shí)驗(yàn)成敗的關(guān)鍵就在于根據(jù)需要分離的混合物的性質(zhì)以及結(jié)構(gòu)選擇合適的吸附劑和洗脫劑是重中之重。最好選用的材料應(yīng)該是價(jià)格低廉，并且無(wú)色，可以清晰地觀察。接著對(duì)于洗脫劑的選擇是根據(jù)吸附劑與待分離物質(zhì)的吸附能力來(lái)選擇。 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 9 眾所周知，催化劑在國(guó)家的經(jīng)濟(jì)展中占有重要的作用，如果沒(méi)有了催化劑，工業(yè)不可能發(fā)展的 如此之快 [1516]，沒(méi)有了催化劑，化工合成及化工產(chǎn)品的生產(chǎn)將無(wú)法想象，催化劑使反應(yīng)速度加快，使化工生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效率變高，所以有了催化劑，才使得化工合成工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)值逐年提高，而固體酸催化劑是催化劑中的一種類(lèi)型，相比于普 通催化劑而言，固體酸催化劑有更高的催化活性，不污染環(huán)境等特點(diǎn)，研究和開(kāi)發(fā)固體酸催化劑有重大的意義。例如超細(xì) ZrO2，因?yàn)樗凶约禾厥獾奈锢砗突瘜W(xué)的表面結(jié)構(gòu)和特性，使得其廣泛被應(yīng)用。所以這個(gè)缺陷導(dǎo)致 ZrO2 催化劑應(yīng)用不廣泛，特別是在一定條件下限制使用。解決