【文章內容簡介】 o12O40 7 陽離子交換樹脂 苯乙烯 二乙烯基苯共聚物 8 天然粘土 膨潤土﹑高嶺土﹑蒙脫土﹑海 泡石 9 固體超強酸 SO42/ZrO2﹑ WO3/ZrO2﹑ MoO3/ZrO2﹑ 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設 計 5 酸性固體超強酸催化劑做為新型的催化加雖然相比液體酸催化劑的發(fā)展起步較晚，而且早期整體來說較液體酸催化劑應用范圍較窄，但是自從它誕生之日起就得到了廣泛的關注，并得到各國學者的關注。目前其應用以涉及多個化工領域。固體酸催化劑的優(yōu)點目前已將的到很多學者的認可，各個國家都在積極的研究各種固體酸催化劑，固體酸催化劑應用范圍逐漸廣泛，無論其催化活性，酸性，以 及分離回收利用率都逐漸的提高，而近年來研究催化劑中加入磁性物質，使得催化劑帶有磁性，便于分離，這類研究也成為了熱點。在固體酸催化劑中加入有磁性的四氧化三鐵，使得整個催化劑帶有磁性。在保證催化劑活性的同時又使得催化劑有磁性，帶有這種性質后，使得它和產(chǎn)物的分離比較好。 近些年來，人們利用了快熟發(fā)展的納米技術，合成了新型納米固體超強酸催化劑。納米離職使得催化劑的比表面積增加，而表面積的增加大大提高這類催化劑的催化活性，但納米固體超強酸催化劑也存在一些缺點，如在液相催化體系中易團聚。當反應結束后，反應產(chǎn)物與固體酸催 化劑的分離比較困難。而在氣固催化體系中，這類催化劑又會造成床層的阻力增大。因此，研究和開發(fā)一種容易于分離容易回收，但同時又有較高催化活性的納米固體酸催化劑，具有重要的理論和實際意義。 汕頭大學的郭錫坤等人利用硅、鋯、累托土對固體酸進行交聯(lián)，制備硅鋯交聯(lián)粘土固體超強酸 (SO42/SiZrCLR)。 焦作大學成戰(zhàn)勝等人利用磁性、微波對固體超強酸進行改性，制備出磁性固體超強酸催化劑，這種方法為催化劑與反應產(chǎn)物的分離提供了新的思路。同時在催化劑中引入一些其他的氧化物，穩(wěn)定催化劑晶粒類型，增加催化劑活性及使用溫 度范圍。 北京化工大學的 常錚等人，為了進一步提高固體超強酸的活性，開始探索用超細納米氧化物作為載體，進行固體超強酸制備的研究，以原料 Fe(NO3)39H2O 為鐵源， Co(NO3)2為 Co 源，用 NH3H 2O 作沉淀劑，在 400 攝氏度下焙燒 3h，合成了新型的納米復合固體超強酸 SO42/CoFe2O4和 SO42/Fe2O3其催化劑的粒徑小 50nm。 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酸催化劑的制備方法，并將其應用于酷化等反應以考察其催化性能。課題的最終目的是希望找到一種 在酯化等親核反應中可以替代液體酸的催化劑，以克服液體酸的諸多缺點。希望我的嘗試工作能對大家有所幫助。 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設 計 6 本次實驗合成的催化劑即有較高的催化劑活性，又有很強的磁性，所以該實驗的第一步是合成具有強強磁性的磁性基質，通過查找文獻發(fā)現(xiàn)磁性基質的合成方法有很多種，例如化學共沉淀法合成磁性基質。 用這種方法制作的磁性基質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，調節(jié)它的 pH，并用攪拌器高速的攪拌，使混合液進行沉淀反應，從而 制得例如合適尺寸 (810nm)的 Fe3O4微粒。然后將 Fe3O4放入到沸騰的含有油酸煤油中煮沸，這時候 Fe3O4表面會吸附油酸，從水相中向煤油相中轉移，會生成煤油基磁性流體，它的飽和強度可以達到 。這種方法對操作條件的要求很苛刻，在移相時很易被氧化，很難得到好的產(chǎn)品。 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，調節(jié) pH 值，使溶液 pH 范圍在 1011 之間，在水浴鍋中繼續(xù)反應 ，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，放 入干燥箱中干燥。 化學沉淀法合成的催化劑方法很多，關鍵是要找出一種方便，高效且合成出的磁性基質可以滿足實驗要求。 此外合成磁性基質的方法還有很多如火花電蝕法，還原法，電沉積法，真空蒸鍍法，熱分解法。合成磁性基質的方法有很多，合成的基質的磁性粒徑也不同。 結合我系實驗室特點與現(xiàn)實情況采用化學沉淀法進行基質的合成。 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行的。首先用鋯鹽通過滴加氨水，調節(jié) pH 值，沉淀制備出 Zr(OH)2前驅體，干燥后浸漬鹽溶液，然后高溫焙燒后 形成負載不同氧化物的催化劑 [13]。 共沉淀法是將來氯氧化鋯、鹽溶液和氨水充分攪拌，調節(jié) pH 值，在 100 攝氏度左右的烘箱中放置老化，然后洗滌，干燥焙燒后形成 [14]。 溶膠凝膠法是通過在含有一定比例的異丙醇，正丙醇鋯，硝酸和 M(CH2)3OH(M為相應的金屬 )的混合液中，緩慢滴加異丙醇和水的混合溶液進行凝膠化，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]。 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設 計 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。又被叫做薄層層析法，屬于一種固－液吸附色譜。這種方法同時備了柱色譜跟紙色譜的部分優(yōu)點。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候，通過把吸附層加厚和加大，把樣品點成一條線，在就能分離多達 500 毫克的樣品。所以也可以用來精制樣品。除此之外，在進行化學反應的測定時，這種薄層色譜法還可以用來做跟蹤有機反應及進行柱色譜之前的一種預試，在通常利用薄層色譜觀察反應物的斑點，來進一步判斷反應是否進行。 薄層色譜是在干凈的玻璃板（ 103cm 左 右上），把一層吸附劑均勻的涂在上面，在離薄層板一端大約 1cm 處的地方，用鉛筆畫一條線起點線，然后用較細的毛細管吸取樣品，在薄層色譜板上劃線處滴加，在吹干或著晾干后把薄層板置于盛有展開劑，展開劑為石油醚與乙酸乙酯混合液，比例為 10:1，的展開缸中，展開液浸入深度為大約為 厘米。展開液一定不能沒過滴加樣品的點。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。 它是利用了混合物中各個組分在某一種溶劑中的吸附的能力和溶解的能力的不同，使得當混合物的溶液流經(jīng)這種物質時，通過進行反 復的分配或吸附等作用，再進而把各個組份成功的分開。薄層色譜是一種微量的、簡便并而快速的檢測的方法。在各種化合物、溶劑的極性不同，吸附能力也并不相同，在展開劑向上移動時候，進行的解析程度不一樣，有的解析的快，有的慢，所以隨展開劑擴散的速度不同。最終物質所在的點與所化線的距離計為 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，所以向上擴散的距離值比較的小。在給定的條件下如果板層的厚度、吸附劑、展開劑等都相同，那么化合物的移動的距離與展開劑的移動的距離之間的比例就是一 定的，即 Rf 值是化合物的物性常數(shù)，其大小只與化合物本身的結構有關，在與其他因素無關。因此可以根據(jù) Rf 值的大小來鑒別化合物。這種薄層色譜的檢測方法既可以用于靈敏的檢測出反應的是否發(fā)生。是有機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，方法簡單，操作容易?？芍庇^的觀察出反應是否發(fā)生。 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設 計 8 柱狀色譜法，又稱層析法，是一種利用分配平衡為原理的分配方法。色譜體系有兩個相：一個是固定相，一個是流動相。當兩相組分做相對運動時，通過反復多次的利用混合物中所含各組分分 配平衡性質的差異，最后達到混合物彼此分離的目的 。 在 吸附柱色譜中，流動相是洗脫機，固定相是吸附劑，跟薄層色譜法相比，洗脫劑相當于展開劑。兩種色譜法的基本原理是相同的，都是根據(jù)各組分和吸附劑間吸附的強弱差異的不同來分離各相的?；旌衔镌谥V上通過反復的進行吸附，解析，再吸附，再解析從而完成分離。但是還是有差異的，在柱色譜的進行過程中，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。根據(jù)吸附劑吸附作用強弱的不同和混合物中各組分極性不同的差異，各組分在層析柱中隨流動相的流 動速度也不相同，我們分步接收從色譜柱中流出的洗脫液，便可以讓混合物按順序分離出來。在一般的情況下，最先流出的組分是吸附性較差的，吸附性較強的一般都是最后流出。 對 于柱狀色譜法來說，實驗成敗的關鍵就在于根據(jù)需要分離的混合物的性質以及結構選擇合適的吸附劑和洗脫劑是重中之重。選擇合適的吸附劑需要嚴格的要求，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)生任何的化學反應。對于某些可逆的吸附，如分離組分混合物，同時也必須使吸附能力足夠大，這樣才能使混合物的各組分在固定 相與流動相之間達到平衡的速度最快。吸附劑必須要顆粒大小適當，形狀均勻，這樣才能使洗脫劑以一定的流速通過色譜柱。最好選用的材料應該是價格低廉，并且無色，可以清晰地觀察。 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。因此，對于吸附劑和洗脫劑的選擇通常是結合在一起考慮的，不會單一的去考慮。首先，對于吸附劑的初步選擇，是根據(jù)待分離物質的分子結構和性質選擇。接著對于洗脫劑的選擇是根據(jù)吸附劑與待分離物質的吸附能力來選擇。最后，先用薄層色譜法 進行試驗，根據(jù)試驗的結果在接下來調節(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，直到試驗確定出最合適的吸附劑和洗脫劑為止。 因為吸附能力的大小不僅與吸附劑的活性有關，而且也和分子的極性有關。極性越強的物質吸附能力也越強，具有下列極性基團的化合物，其吸附能力按下列次遞增： Cl， Br， IC=COCH3CO2RCOCHOSHNH2OHCOOH。 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設 計 9 眾所周知，催化劑在國家的經(jīng)濟展中占有重要的作用，如果沒有了催化劑，工業(yè)不可能發(fā)展的 如此之快 [1516]，沒有了催化劑，化工合成及化工產(chǎn)品的生產(chǎn)將無法想象，催化劑使反應速度加快，使化工生產(chǎn)的經(jīng)濟效率變高，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，研究和開發(fā)固體酸催化劑有重大的意義。所以固體酸催化劑的研究和開發(fā)是現(xiàn)代化學工業(yè)的核心同題之一，現(xiàn)代化學工業(yè)的巨大成就是同使用催化劑聯(lián)系在一起的。目前90%以上的化工產(chǎn)品，是借助催化劑生產(chǎn)出來的。 近年來的研究熱點之一，是均相催化體系 的多相催化 [17]。例如超細 ZrO2，因為它有自己特殊的物理和化學的表面結構和特性，使得其廣泛被應用。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。 ZrO2最常見的類型是四方晶體，還有單斜晶系，但是只有四方晶有最高的酸性和催化活性。但是溫度過高會破壞四方晶。所以這個缺陷導致 ZrO2 催化劑應用不廣泛，特別是在一定條件下限制使用。因此，為了提高氧化鋯的性能，在很寬的溫度范圍內可穩(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，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 分散在無機氧化物氧化鋯的方法。這些能夠大大提高氧化鋯復合氧化物的性質。而這些催化劑與反應產(chǎn)物的分離依然是一個問題。解決辦法之一可以在催化劑中引入磁性物質。固體酸催化劑如果引入磁性基質，使得催化劑帶有磁性。利用超強磁鐵，可以輕松的將產(chǎn)物與催化劑分離。使得催化劑與反應產(chǎn)物的分離變得更加容易。 這種固體酸催化劑的研究成功，成功的克服了液體酸催化劑容易污染環(huán)境，容易腐蝕設備，催化劑不容易回收，且活性低的缺點，對于化學工業(yè)的發(fā)展有很大的促進作用。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