介孔分子筛固载离子液体复合催化剂的制备、表征及其催化性能研究

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酯化反应是目前工业上应用较为广泛的一类有机合成反应,其产物有机羧酸酯在人类生活的各个方面都有着不可或缺的应用。本着“绿色可持续发展”的原则,寻找一种高效绿色环保型材料作为酯化反应催化剂,做到高效率,低污染,低成本的工业生产逐渐成为研究热点。离子液体由于其自身独特的性质成为酸催化剂中的新起之秀。然而,当离子液体单独作为催化剂用于酯化反应中时,用量较大,造成成本较高,并且离子液体粘稠,操作困难。因此,用多孔材料来固载复合成为多相催化剂,是本文研究内容的出发点。(1)制备以1,3-二甲基-2-咪唑啉酮为阳离子的功能化离子液体(IL),载体选择水热法合成的MCM-41和SBA-15介孔分子筛为载体。通过物理浸渍法将离子液体与载体以不同质量比进行固载,得到催化剂X-IL/SBA-15和X-IL/MCM-41(其中X=离子液体的质量/介孔载体的质量)。利用XRD、FT-IR、BET、TEM、TG等对所得催化剂进行表征。将X-IL/SBA-15和X-IL/MCM-41用于乙酸与环己醇酯化反应的催化剂,探究出在最适宜的时间,温度,催化剂的量以及反应物量比值的条件下,乙酸转化率分别为82.77%和77.48%。(2)设计合成杂多酸离子液体,N-甲基咪唑为阳离子主要原料,硅钨酸为阴离子原料,两步法合成杂多酸离子液体[1-(3-磺酸基)丙基-3-甲基咪唑硅钨酸盐]([PSMIM]4[SiW12O404-])。同时,合成制备了锡改性的纯硅SBA-15(Sn-SBA-15),保证Sn在不破坏介孔SBA-15骨架结构的前提下,尽可能的将SBA-15骨架上的Si替代成Sn,从而最大限度地提高载体的活性。将离子液体[PSMIM]4[SiW12O404-](SWIL)与介孔分子筛Sn-SBA-15以一定的质量比进行复合,制得催化剂Sn-SBA-15/SWIL。采用FT-IR、XPS、BET、TEM等对催化剂Sn-SBA-15/SWIL进行表征。在乙酸与苯甲醇的酯化反应中对催化剂性能进行评估。通过一系列正交试验得知在适宜的实验条件下,反应物乙酸最高可以转化94.86%。(3)制备合成了Br?nsted-Lewis酸性离子液体3-甲基-1-(3-磺酸基)咪唑基硫酸锌([MIMPS]+(1/2Zn2+)SO42-),其中,Br?nsted酸性位点来源于H+,Lewis酸性位点来源于Zn2+,载体方面选用含Ti的SBA-15(Ti-SBA-15)。将[MIMPS]+(1/2Zn2+)SO42-与Ti-SBA-15通过浸渍法以不同质量比进行复合,得到复合催化剂X-[MIMPS]+(1/2Zn2+)SO42-/Ti-SBA-15(X=1.2,1.5,1.8)。采用BET、TEM等对材料结构进行表征。材料X-[MIMPS]+(1/2Zn2+)SO42-/Ti-SBA-15的性能通过将其作为乙酸与苯甲醇的酯化反应的催化剂进行评价。得到,在适当的条件下,最高能达到93.82%的乙酸转化率。
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