氨丙基型有机硅高分子微球的构建和催化应用

来源 :广东工业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:suguangli1507
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氨丙基型有机硅高分子微球是由氨丙基硅氧烷修饰的复合微球,由于微球表面修饰了氨基,该材料可作为固体碱催化剂,还可以利用氨基活泼的化学性能,负载其他有机官能团或贵金属纳米粒子,作为良好的催化剂载体。不同的内核具有不同的性能,所制得的复合材料也具有对应的特殊性能。本论文分别选用磁性四氧化三铁微球和空心二氧化硅微球作为内核,采用单一硅源氨基硅烷化对内核表面进行了修饰,主要研究了这两种催化材料的制备过程,并对其形貌、结构及表面氨基含量等进行表征,最后选取Knoevenagel偶合反应这一典型的酸碱催化反应作为探针实验,探索制备的催化材料在固体碱催化中的潜在应用价值。.主要获得以下研究成果:(1)制备得到了可磁性分离的Fe3O4@NH2微球,通过表征、探针反应发现其作为固体碱具有较好的催化性能。具体研究内容包括利用溶剂热法制备了Fe304微球,并通过不断探索,调节反应条件优化配比,制备了粒径分布较为均匀的Fe304微球;创新地通过控制3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)的水解缩合速率,完成其对内核Fe3O4微球的单一硅源氨基硅烷化,制备出Fe3O4@NH2微球,并探索了不同硅源加入量对Fe3O4@NH2微球形貌的影响。利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、热重分析技术(TGA)、红外光谱分析(IR)、粉末X射线衍射仪(XRD)等表征手段对Fe3O4@NH2微球进行表征,结果表明,Fe3O4@NH2微球是一种氨基活性位含量较高的固体碱催化剂,且具备较好的表面形貌。利用苯甲醛和丙二腈的Knoevenagel反应作为探针反应,通过紫外-可见光谱分析(UV-Vis)及气相色谱(GC)监测反应,并考察了反应温度、催化剂浓度、溶剂对催化反应的影响,探索了催化材料的循环使用性能,实验结果表明,在乙醇作为溶剂时,反应温度为60℃时,固体碱催化剂Fe3O4@NH2加入量为5mo1%时,GC监测催化反应在2小时达到97%(产物收率)。(2)制备得到了空心结构的SiO2@NH2微球,经过表征和探针反应,发现其具有较好的催化性能。具体研究内容包括利用分散聚合法制备了粒径分布均一的PS微球作为硬模板;利用溶胶-凝胶法制备了PS@SiO2复合微球,再通过溶剂萃取的方法去除硬模板PS微球,得到空心结构的Si02微球;加入硅源APTES,引入氨基活性基团,制备了SiO2@NH2微球,并探索了改变APTES加入量对SiO2@NH2微球形貌及其氨基含量的影响。分别利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、红外光谱分析(IR)、N2物理吸附-脱附测试仪(BET)、酸碱滴定法等表征手段对SiO2@NH2微球进行表征,结果表明,SiO2@NH2微球是一种氨基活性位含量较高的固体碱催化剂,且发现其具备优良的表面形貌和稳定性。在材料的催化应用方面,同样选用苯甲醛和丙二腈的Knoevenagel反应作为探针反应,利用紫外-可见光谱分析(UV-Vis)及气相色谱(GC)监测反应,并考察了反应温度、催化剂浓度对催化反应的影响,探究了催化反应前后SiO2@NH2微球的形貌变化、催化材料的循环使用性能,实验结果表明,在乙醇作为溶剂时,反应温度为80℃时,催化剂SiO2@NH2微球加入量为5mol%时,GC监测催化反应在0.5小时产物收率达到95%。
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