论文部分内容阅读
通常来讲,溶剂的作用是使反应体系中物相均一,在避免传质问题的同时加快反应物与催化剂之间的接触。此外,作为催化体系中重要的组分,溶剂对分子的构象、电子结构和化学反应有着重要的影响。因此,全面地认识钛硅分子筛/H2O2催化体系中的溶剂效应,对催化氧化反应的溶剂选择具有指导性作用,同时会产生巨大的环境效应。然而,即便针对实验中得到的结果,研究者们给出了合理的解释,溶剂效应的本质和规律仍不清晰。本文从(1)钛硅分子筛的结构及性质(2)溶剂的性质(3)添加剂与催化体系的相互作用等方面出发,透过多个视角探索了溶剂效应的实质和基本规律。本文实验结果表明,钛硅分子筛的结构与性质对溶剂效应影响显著。一方面,两种不同拓扑结构的分子筛催化剂使用不同溶剂时过氧化氢的分解率都有很大差异;另一方面,分子筛催化剂的粒子大小亦会通过影响表面羟基数量等因素产生不同的溶剂效应。为了进一步了解和证实TS/H2O2催化体系加氨量与H2O2分解率之间的火山型曲线关系的化学本质,本文对该催化体系的反应活化能进行了考察:对TS-1晶化焙烧样、Ti-MWW工业样等样品催化体系的活化能数据进行了考察和计算。氨水加入到催化体系中后,体系加氨量在H2O2分解率达到火山型曲线的峰值对应的加氨量以下范围内,随着加氨量增大,体系的活化能均出现下降。从动力学角度来讲,体系活化能下降,反应活性增大。结合催化性能数据和动力学研究数据,本文推测产生火山型曲线的原因为氨分子中的N原子上的孤对电子对与活性中间体中与p氧原子相连的H原子之间形成氢键,从而起到稳定活性中间体,降低反应活化能的作用。钛硅分子筛与30%的双氧水组成的催化氧化反应体系过程实质都可以归纳成H2O2与钛硅分子筛中的Ti活性中心结合,形成含有Ti-Oα-Oβ-H结构的活性中间体,这个过程可以称作“H202的活化”。a氧原子显正电性比p氧原子强,当催化体系中存在不饱和烯烃、有机胺等亲核试剂底物,前者会优先进攻底物分子,并且插入其中中形成环氧化产物,这个过程可以称作“氧原子的插入”。同时,不能有效传递O原子到底物中的活性中间体将分解,即H2O2的无效分解。也就是说,钛硅分子筛/H2O2体系中反应活性中间体会经历一个形成、稳定和分解的过程,溶剂效应贯穿整个过程。