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脂肪酸酯的稳定性高,腐蚀性小,在食品、轻工行业等中用途广泛。此外,脂肪酸酯(如脂肪酸甲酯)还是一种可再生的绿色环保燃料。因此,发展高效制备各种脂肪酸酯的方法显得尤为重要。传统均相酸性催化剂虽然具有较高的催化活性,然而它们的不可回收性却造成了资源的浪费以及环境的污染。近年来,金属-有机骨架材料作为新型的固体催化剂受到了科学界的广泛关注,也是目前催化剂开发领域研究的热点。本文将实验室常见的有机酸—对甲苯磺酸(PTSA)和甲基磺酸(MSA)负载于金属-有机骨架材料UiO-66中,得到新型催化剂,研究其催化脂肪酸进行酯化反应的效果以及催化剂回收使用效果,同时得到脂肪酸酯产品。首先,采用溶剂热法合成了UiO-66,并对其进行表征分析。以棕榈酸与甲醇的酯化反应为模型反应,研究UiO-66的添加对PTSA和MSA催化棕榈酸与甲醇酯化反应的影响。当棕榈酸使用量为2 mmol,有机酸用量为0.065 mmol,在反应温度为100℃,反应时间为2 h,醇酸摩尔比为8:1的条件下,UiO-66的添加量为25 mg时,PTSA和MSA催化棕榈酸甲酯化的转化率分别为97.0%和96.8%;随着UiO-66添加量的继续增加,对甲醇的吸附作用增强,导致棕榈酸甲酯化的转化率降低。将25 mg UiO-66分别与PTSA或MSA经混合催化实验使用后的催化剂用于回收实验,结果表明,使用3次后其催化棕榈酸甲酯化转化率降为80.0%和84.6%。FT-IR分析表明直接混合可以实现UiO-66对PTSA和MSA的吸附,使得PTSA和MSA具备了一定的回收特性。最后对混合使用后的UiO-66进行XRD分析,结果表明UiO-66的晶型稳定性好。其次,采用浸渍法,分别实现了UiO-66对PTSA和MSA的负载。经5 h的静置浸渍,由元素分析得知UiO-66对PTSA的平均负载量为258.9±5.6 mg/g,即0.95 mol/g;UiO-66对MSA的负载量大于PTSA,平均负载量为247.1±2.1 mg/g,即2.57 mol/g。将得到的这两种新型固体催化剂称为:PTSA/UiO-66和MSA/UiO-66。以棕榈酸与甲醇的酯化反应为模型反应,研究PTSA/UiO-66和MSA/UiO-66分别催化棕榈酸甲酯化反应的效果和催化剂回收使用效果。并对得到棕榈酸甲酯产品进行表征分析。在棕榈酸的用量为2 mmol,反应温度为100℃,反应时间为4 h,催化剂用量为25 g/mol,甲醇与棕榈酸的摩尔比为8:1的情况下,PTSA/UiO-66和MSA/UiO-66催化棕榈酸甲酯化的转化率分别为97.1%和97.0%。采用后脱除甲醇的方式进行催化剂回收使用时,回收使用5次后,PTSA/UiO-66和MSA/UiO-66催化棕榈酸甲酯化的转化率分别降低至80.0%和91.0%。此时UiO-66中PTSA和MSA中的负载量分别降至184.5 mg/g和115.5 mg/g。而采用先脱除甲醇的方法进行催化剂回收使用时,回收使用10次后,PTSA/UiO-66和MSA/UiO-66催化棕榈酸甲酯化的转化率分别为84.3%和96.9%。此时催化剂中PTSA和MSA的负载量分别为213.4 mg/g和199.0 mg/g。以上结果说明,调整催化剂的回收方式能在一定程度上克服极性较大的甲醇对PTSA和MSA的浸出。从而保证了催化剂(MSA/UiO-66)的回收利用效果。对使用后的PTSA/UiO-66和MSA/UiO-66的表征,表明PTSA/UiO-66和MSA/UiO-66具有较强的稳定性,且UiO-66仍保持其原有的晶型结构。然后,以MSA/UiO-66为催化剂催化棕榈酸与正丁醇的酯化反应。研究了酯化的反应温度、时间,催化剂使用量,醇酸摩尔比对棕榈酸丁酯化转化率的影响。经过条件优化实验,在棕榈酸用量为2 mmol、反应温度为100℃、反应时间为2 h、催化剂用量为25 g/mol、正丁醇与棕榈酸的摩尔比为3:1的反应条件下棕榈酸丁酯的转化率达到99.2%。采用后脱溶的催化剂回收方法,10次回收实验后,棕榈酸丁酯化的转化率降至87.2%。此时催化剂中MSA的负载量为204.7 mg/g。对于棕榈酸与正癸醇的酯化反应,在反应温度为100℃、反应时间为2 h、催化剂用量为25 g/mol、正癸醇与棕榈酸的摩尔比为2:1的反应条件下,棕榈酸癸酯化的转化率为91.4%;催化剂循环使用10次,棕榈酸癸酯化的转化率几乎无明显衰减,而此时催化剂中MSA的负载量为209.3 mg/g。以上实验结果表明,MSA/UiO-66催化棕榈酸与极性较小的醇类(正癸醇)比极性较大的醇类(正丁醇)的回收效果好。实验也证明极性较小的醇类可以有效延缓UiO-66中MSA的浸出。对使用后的MSA/UiO-66的表征表明其具有较强的稳定性,且UiO-66仍保持其原有的晶型结构。最后,为了拓展催化剂的适用性,选择复杂的混合脂肪酸为原料,MSA/UiO-66为催化剂,进行混合脂肪酸的丁酯化实验。在混合脂肪酸用量为2 mmol、反应温度为120℃、反应时间为2 h、催化剂用量为6 wt%、醇酸摩尔比为3:1的条件下,混合脂肪酸的丁酯化转化率为98.0%。催化剂经5次循环使用后,混合脂肪酸丁酯化的转化率降低至90.1%。对5次使用后的MSA/UiO-66的XRD分析,结果表明MSA/UiO-66具有较强的稳定性,且UiO-66保持其原有的晶型结构。