SBa-15固载酸性离子液体催化剂的制备及催化性能研究

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离子液体因为具有液程宽、稳定性好、设计性强、调变精细等优点而引起众多学者和工业界人士的广泛关注,但用量大、价格昂贵、粘度高、分离回收困难等缺点限制了其应用。为了解决上述问题,本文以介孔材料分子筛为载体,制备出固载化离子液体催化剂,并将其应用于多个有机反应体系中。  首先,以3-氯丙基三甲氧基硅烷(CPTS)为偶联剂将离子液体[HIm-(CH2)3-SO3H]HSO4固载到有序介孔分子筛SBA-15上,得到固载化离子液体催化剂[HIm-(CH2)3-SO3H]HSO4/SBA-15。并对催化剂进行了小角度XRD、N2吸附-脱附、FT-IR、SEM和TEM表征。以醋酸和甲醇的酯化反应为评价体系,考察了醇酸摩尔比、催化剂用量和反应时间对催化性能的影响。结果显示:离子液体[HIm-(CH2)3-SO3H]HSO4成功地固载到了SBA-15上,载体的比表面积、孔容和孔径相应减小、孔道的规整度略有下降,但仍然保持了有序的介孔结构。较佳的醋酸甲酯合成条件为醇酸摩尔比3∶1,催化剂用量6%,反应时间3h,反应温度55℃,在此反应条件下,醋酸甲酯收率达到92.1%,催化剂重复使用7次后,醋酸甲酯的收率仍保持在86.4%;该催化剂在其它一系列酸醇酯化反应中,都展现出较高的催化活性,酯收率在87.7%-93.4%范围内。  其次,合成出具有接枝功能的离子液体[CPTS-HIm-(CH2)3-SO3H]HSO4和掺杂金属Fe的介孔分子筛Fe-SBA-15,进而制得固载化离子液体催化剂[HIm-(CH2)3-SO3H]HSO4/Fe-SBA-15。并对其进行了小角度XRD、XRD、N2吸附-脱附、FT-IR和TEM表征。以油酸与甲醇酯化反应为评价体系,考察了反应温度、醇酸摩尔比、催化剂用量和反应时间对催化性能的影响。结果显示:Fe原子完全融入到了SBA-15的骨架中,使Fe-SBA-15具有Lewis酸性。离子液体成功的固载到载体上后,催化剂同时具有Lewis和Br(φ)nsted两种酸性位点,并且具有规整的介孔结构。较佳的油酸甲酯合成条件为反应温度90℃,醇酸摩尔比6∶1,催化剂用量5%,反应时间3h。在此反应条件下,油酸的转化率达到87.7%,催化剂重复使用6次后仍保持在80.8%。该催化剂在其它的油酸-短链醇体系中也具有较高的催化活性。  最后,采用溶剂挥发自组装法在不加酸的乙醇中合成出掺杂Cu的介孔分子筛Cu-SBA-15,进而制备出[HIm-(CH2)3-SO3H]HSO4/Cu-SBA-15。采用小角度XRD、N2吸附-脱附、FT-IR和TEM等手段对该催化剂进行了表征。评价了催化剂在苯甲醇选择性氧化反应中的催化活性。结果表明:Cu原子完全镶嵌到了SBA-15的骨架结构中;制备出的催化剂同时具有Lewis和Br(φ)nsted两种酸性位点,而且具有规整的介孔结构。当苯甲醇和二乙酸碘苯(BAIB)的用量均为5 mmol,催化剂用量0.15 g,反应温度为70℃,反应时间为3h时,苯甲醇的转化率达到91.2%,苯甲醛的选择性达到88.3%。催化剂重复使用4次以后,苯甲醇的转化率从91.2%降到82.8%,苯甲醛的选择性从88.3%降到81.1%。
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