类水滑石固体碱催化剂材料的制备及其性能研究

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 6次 | 上传用户:nemosan
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LDHs是一类阴离子型层状材料,作为催化剂载体、催化剂前体及其催化剂材料具有广泛的应用前景,特别是作为固体碱材料,可以用作Claisen-Schmidt缩合、Knoevenagel缩合、Wittig、Henry、Michael加成和醇醛缩合等反应的高效催化剂。生物柴油,又称脂肪酸甲酯,是一种新型生物质燃料,其优越的性能,已得到重视。但是,其高成本阻碍了生物质燃料的产业化进程。通过生产高附加值的化工产品来增加利润是目前研究的热点问题。这些高附加值的产品具有生物可降解性,有利于环境的保护。酰胺化反应是有机化学中的重要反应之一,也是合成表面活性剂的主要途径。工业上一般采用液体碱如氢氧化钠,氢氧化钾等均相催化剂,对设备腐蚀严重,低的选择性,与产物不易分离,对环境有污染。而固体碱催化,鲜有报道。本论文将活化的镁铝类水滑石作为固体碱催化剂材料,应用于催化硬脂酸甲酯与单乙醇胺的酰胺化反应中。主要研究了催化剂的晶体形貌、层板元素组成对反应的行为影响,同时也考察了反应时间,反应温度的影响。具体研究内容如下:1分别采用尿素法和成核/晶化隔离法制备了镁铝比为2∶1的MgAl-LDHs,经焙烧再水合后制得固体碱催化剂材料,采用XRD,SEM,ICP,BET进行表征,结果表明:与成核晶化隔离法相比,尿素法制备的水滑石具有较高的结晶度,较大的粒径和较小的比表面。同时,进一步采用成核晶/化隔离法制备了镁铝比为3∶1和4∶1的MgAl-LDHs,XRD表征说明,都具有水滑石的特征衍射峰。BET表征说明,镁铝比对比表面影响不大。2活化的催化剂材料用于催化硬脂酸甲酯与单乙醇胺的酰胺化反应。采用HPLC表征,结果表明:活化水滑石的形貌对该反应起了主要影响,镁铝比为3的活化催化剂材料显现出了较好的催化效果。反应温度的提高,转化率和选择性有很显著提高,对于在低温下没有检测到产物的反应,将反应时间由4h延长至11h,选择性增加。3于均相催化反应机制,提出了不同形貌吸附方式不同的多点吸附反应机制。我们认为活化水滑石层板上的O2-是我们的催化活性位之一,通过O2-的孤对电子和单乙醇胺中羟基的氢成键,吸附单乙醇胺,同时,活化水滑石层板上的羟基起到协助吸附的作用。由于水滑石层板上同时存在着O2-和羟基,再结合反应物分子上存在着氢,氧,氮等原子,这些原子很容易就和水滑石层板上的O2-和羟基形成多点吸附。由尿素法最终得到的催化剂材料,具有较大的粒径,层板上具有大量的O2-和羟基,反应分子多数以并排式吸附在催化剂上,而由成核/晶化隔离法制备的催化剂材料,粒径要小的多,反应分子主要以重排式吸附在催化剂上。
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