【正文】 圍。 本論文綜述了催化劑的發(fā)展現(xiàn)狀，并按照催化劑載磁的思路，提出了磁性固體超強(qiáng)酸催化劑的制備方法，并將其應(yīng)用于酷化等反應(yīng)以考察其催化性能。 用這種方法制作的磁性基質(zhì)是目前最普遍的方法，這種方法是把亞鐵離子和三價鐵離子以 1:2 的比例混合后，然后滴加氨水，調(diào)節(jié)它的 pH，并用攪拌器高速的攪拌，使混合液進(jìn)行沉淀反應(yīng)，從而 制得例如合適尺寸 (810nm)的 Fe3O4微粒。 化學(xué)沉淀法合成的催化劑方法很多，關(guān)鍵是要找出一種方便，高效且合成出的磁性基質(zhì)可以滿足實(shí)驗(yàn)要求。 SO42/ZrO2/TiO2制備 浸漬法最早合成的固體酸催化劑就是通過浸漬法進(jìn)行的。 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 7 薄層色譜法簡介 薄層色譜 (Thin Layer Chromatography)常使用 TLC 表示，是最近幾年發(fā)展起來的。所以也可以用來精制樣品。在展開液最前沿大約離頂端約 1 厘米左右時，再將薄層色譜板取出，用紫外燈照射使它顯色。最終物質(zhì)所在的點(diǎn)與所化線的距離計(jì)為 Rf 化合物的吸附的能力大小通常與它們本身的極性成正比，所以說極性較大的化合物的吸附能力比較強(qiáng)，所以向上擴(kuò)散的距離值比較的小。是有機(jī)合成檢測的重要方法，這種檢測方法與其他的檢測方法相比，檢測比較方便，同時也比較經(jīng)濟(jì)，方法簡單，操作容易。當(dāng)兩相組分做相對運(yùn)動時，通過反復(fù)多次的利用混合物中所含各組分分 配平衡性質(zhì)的差異，最后達(dá)到混合物彼此分離的目的 。但是還是有差異的，在柱色譜的進(jìn)行過程中，在柱色譜頂端加入樣品，流動相流經(jīng)色譜柱的時候也是在色譜柱的頂端，并且源源不斷的從柱中流出。選擇合適的吸附劑需要嚴(yán)格的要求，必須滿足一下幾方面 ， 所選的吸附劑不會在洗脫劑中溶解，并且跟色譜柱中的樣品組分還有洗脫劑之間不會發(fā)生任何的化學(xué)反應(yīng)。 在 色譜柱法中，吸附劑對樣品各組分的吸附能力和洗脫劑對各組分的解析能力的大小是決定樣品在色譜柱中移動速度和分離效果的主要因素。最后，先用薄層色譜法 進(jìn)行試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)的結(jié)果在接下來調(diào)節(jié)吸附劑的活性大小，考慮是否跟換吸附劑的種類或者改變洗脫劑的極性，直到試驗(yàn)確定出最合適的吸附劑和洗脫劑為止。所以固體酸催化劑的研究和開發(fā)是現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的核心同題之一，現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的巨大成就是同使用催化劑聯(lián)系在一起的。氧化鋯的存在不僅使得催化劑的活性增加，并且可以將催化劑的壽命可以延長，但其熱穩(wěn)定性有待改進(jìn)。因此，為了提高氧化鋯的性能，在很寬的溫度范圍內(nèi)可穩(wěn)定的四方相氧化鋯，抑制單斜相的形成，需要加入一些其他的物質(zhì)，例如加入二氧化鈦，氧化鐵等， 可以穩(wěn)定四方相 ZrO2的存在，使用 B2O3，MgO， TiO2 分散在無機(jī)氧化物氧化鋯的方法。固體酸催化劑如果引入磁性基質(zhì)，使得催化劑帶有磁性。隋著時間的發(fā) 展，各種功能的固體酸催化劑逐漸被人們開發(fā)出來，其在工業(yè)中的地位也越加重要。 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 10 2 實(shí)驗(yàn)部分 儀器：恒溫加熱攪拌器，電熱鼓風(fēng)干燥箱，電熱恒溫水浴鍋，攪拌器，真空干燥箱，電子天平 (精確度 ) ，馬弗爐，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，氣相色譜儀， pH 試紙，玻璃棒， 50ml、 200ml、 500ml 燒杯，移液管，吸耳球，比色管 藥品：氯化鐵 ， 乙二醇， 硫酸亞鐵，硫酸鐵，鈦酸四丁酯，氯氧化鈣，氨水，硝酸銀，硫酸銨，去離子水 表 13 實(shí)驗(yàn)主要所用設(shè)備 設(shè)備名稱 規(guī)格和型號 生產(chǎn)廠家 程序控溫烘箱 BGZ30 上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器 RE52 系列 上海亞榮生化儀器廠 循環(huán)水時多用真空泵 SHZDIII 河南省予華儀器有限責(zé)任公司 表 14 實(shí)驗(yàn)所用主要藥品 試劑 分子式 分子量 規(guī)格 生產(chǎn)廠家 三氯化鐵 FeCl3 取三氯化鐵 克，無水乙酸鈉 克， 1,6己二胺 克，放入燒并加入 100 毫升乙二醇，用電動攪拌器攪拌 1 小時使之溶解，此時液體為紅棕色。此時磁性物質(zhì)吸附在超強(qiáng)磁鐵表面，將吸附有磁性物質(zhì)的磁鐵放入干燥箱中，在 60 攝氏度下干燥大約 3 小時后，將吸附在超強(qiáng)磁鐵表面的磁性物質(zhì)分離下來，保存?zhèn)溆谩?H2O)，加入 3 毫升的鈦酸四丁酯，唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 12 同樣加入加入 50 毫升去離子水并快速攪拌，再加入 6ml 磁性基質(zhì)。前軀體記為 ZT。將固體物質(zhì)放入到 mol/l 的(NH4)2SO4中浸泡 24 小時，然后 過濾，烘干，后放入坩堝中，將坩堝放入馬弗爐中焙燒，焙燒溫度分別為 400 攝氏度， 500 攝氏度， 600 攝氏度。 圖 23 固體酸催化劑 圖 24 磁性基質(zhì)制備 圖 25 催化劑煅燒后 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 13 量取 12ml 乙酸和 10ml 乙醇放入三口瓶中并加入適量的磁性固 體酸催化劑，三口瓶上方安裝回流冷凝管，用電熱套加熱，回流發(fā)生酯化反應(yīng)，酯化反應(yīng)以一小時候后，停止攪拌，待反應(yīng)體系冷卻后，取下回流冷凝管，換成蒸餾裝置，調(diào)節(jié)蒸餾裝置中電熱套的溫度，調(diào)整為 90 攝氏度，可以蒸出粗產(chǎn)品乙酸乙酯。 圖 26 催化劑催化反應(yīng) 圖 27 乙醇和乙酸的反應(yīng) 取四支比色管，用去離子水清洗干凈， 1 號比色管中加入 克二苯甲醇，加入溶劑硝基甲烷 5 毫升，震蕩溶解，加入 SZT33600 催化劑 克，再加入乙酰乙酸乙酯 毫升，震蕩，使之反應(yīng) 4 小時。在 2 號和 3 號比色管中加入等量的二苯甲醇和硝基甲烷以及對甲苯磺酰胺，但分別加入 SZT36600 催化劑 克， SZT310600 催化劑 克 ， 反應(yīng) 4 小時 。 進(jìn)行樣品展開時，應(yīng)當(dāng)根據(jù)樣品的極性的大小、溶解度的大小等因素以及實(shí)驗(yàn)室所擁有的條件來選擇展開劑。 展開后進(jìn)行觀察斑點(diǎn)，在紫外燈光下觀察有熒光斑點(diǎn)，有苯環(huán)的物質(zhì)都有，在用鉛筆畫出斑點(diǎn)的位置 ， 顯色后，立即用鉛筆標(biāo)出斑點(diǎn)的位置。觀察并畫出各個樣品點(diǎn)的位置。做完這些以后，取柱 層層析硅膠放入燒杯中，加入適量的石唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 15 油醚，用玻璃棒攪拌，產(chǎn)品不能太稠。再將一塊脫脂棉放入管子上端，使得棉花接觸硅膠，棉花上端應(yīng)有少量的石油醚。結(jié)合本實(shí)驗(yàn)所要分離的產(chǎn)物的性質(zhì)，選取的洗脫劑是乙酸乙酯和石油醚，兩者比例為 1:20。將含有同種物質(zhì)的試管中的洗脫機(jī)倒入同一燒杯中，如果一個試管中含有兩個物質(zhì)，則把這個試管中的洗脫劑倒掉。 將含有洗脫劑的物質(zhì)，依次放入燒瓶中，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀進(jìn)行蒸發(fā)。即 SO42/ZrO2/Fe3O4/ TiO2三元復(fù)合氧化物磁性固體酸催化劑。 乙酸和乙醇的反應(yīng) 取乙酸和乙醇放入三口瓶中并加入適量的磁性固體酸催化劑，酯化反應(yīng)以一小時候后，蒸餾，取 90攝氏度餾分，除去水相部分，有機(jī)層為乙酸乙酯，將有機(jī)層用飽和氯化鈉溶液洗滌，再用法 5mol/l 的氯化鈣溶液洗滌，再次進(jìn)行分水。而焙燒溫度也會對催化劑有影響，焙燒溫度在 600攝氏度時效果較好。粗產(chǎn)品用柱層層析分離（展開劑為石油醚：乙酸乙酯摩爾比為 20:1），得出產(chǎn)物，計(jì)算出產(chǎn)率。用薄層板和柱層層析檢測，如下圖 31， B 為薄層檢 測結(jié)果草圖。 表 33 不同催化劑催化二苯甲醇與對甲苯磺酰胺反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和回收率數(shù)據(jù) 圖 31 薄層硅膠板檢測圖 通過細(xì)致的觀察可以發(fā)現(xiàn)，將較細(xì)的磁性物質(zhì)四氧化三鐵引入到催化劑當(dāng)中去，整個催化劑帶有磁性，當(dāng)反應(yīng)完成后，使得反應(yīng)后的產(chǎn)物與催化劑的分離比較容易，與液體酸催化劑相比，具有省時、簡捷、耗能低等優(yōu)點(diǎn)。由于回收率較小，所以第一次實(shí)驗(yàn)失敗。 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 20 結(jié)論 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是制備 SO42/ZrO2/Fe3O4/TiO2催化劑，以及對其催化性能進(jìn)行研究。 3 焙燒溫度對催化劑的催化性能也有影響，當(dāng)溫度為 600 攝氏度時，此種固體酸催化劑的催化活性較高。 感謝唐山學(xué)院四年來的培養(yǎng)，感謝李?；ɡ蠋煂Ρ菊撐膹倪x題、構(gòu)思、資料收集到最后定稿的各個環(huán)節(jié)給予的悉心教導(dǎo)，并最終得以順利完成畢業(yè)論文。 感謝我的室友們，我們都是從自己家鄉(xiāng)來到這個新的城市，是你們和我共同維系著彼此之間兄弟般的感情，維系著寢室那份家的融洽。 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 22 參考文獻(xiàn) [1] 錢伯章 . 綠色固體酸催化劑烷基化進(jìn)展 [J]. 天然氣與石油 . 2020, 24(3): 2932. 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