介孔锆基固体超强酸的制备及其催化性能研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jinyu1016
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锆基固体超强酸具有酸性强、活性好、选择性高、易与产物分离、不腐蚀设备、环境污染小、重复使用性能好等优点,是一种绿色高效、安全环保的新型催化剂。然而,由于SO42-/ZrO2固体超强酸存在稳定性较差、表面活性组分易流失、重复使用性不佳等缺陷,使其进一步工业化应用受到了限制。本文研究了介孔WO3-CeO2-ZrO2(WCZ)和介孔SO42-/CeO2-ZrO2(SCZ)固体超强酸的制备方法,以乙酸正丁酯的合成反应为探针,对所制催化剂的活性进行了测试;利用XRD、Raman光谱、FT-IR、N2吸附-脱附、TEM、NH3-TPD等手段对催化剂的物相组成、结构、酸强度及酸量进行了表征;对催化剂的重复使用及再生进行了研究,并开展了催化剂在乳酸丁酯和柠檬酸三丁酯合成中的应用研究。主要结果如下:  (1)最佳制备条件所得介孔WCZ具有超强酸性,物相组成为单一的四方相ZrO2,比表面积为176.1 m2/g,平均孔径为3.70 nm,孔体积为0.20 cm3/g,乙酸转化率为97.28%。掺杂适量稀土元素Ce有助于维持四方相ZrO2的稳定,添加适量活性组分WO3能有效提升催化剂的稳定性。稀土元素Ce的掺杂、活性组分WO3的添加以及介孔结构的引入,能够有效提高其酸强度和酸量,从而显著改善锆基固体超强酸的活性、重复使用性及其稳定性。  (2)最佳制备条件所得介孔SCZ具有超强酸结构,物相组成为单一的四方相ZrO2,比表面积为185.5 m2/g,平均孔径为3.6 nm,孔体积为0.21 cm3/g,乙酸转化率为98.86%。稀土元素Ce的存在和介孔结构的引入能够显著增加其酸强度和酸量,从而明显提高锆基固体超强酸的活性、重复使用性及其稳定性。  (3)所制固体超强酸选择性良好,重复使用性能优异,再生方法简单。对乳酸丁酯和柠檬酸三丁酯的合成也具有良好的催化性能。
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