新型酸性离子液体和负载型磷钨酸的制备及对合成柠檬酸三丁酯的催化性能的研究

来源 :常州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:popelrain2009
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柠檬酸三丁酯(TBC)是一种绿色材料,可取代邻苯二甲酸酯类作为增塑剂使用,在人体密切接触的塑料产品中应用广泛,工业中几乎都以浓硫酸作为催化剂进行生产,存在诸多缺陷,本文以此为出发点结合均相催化以及多相催化反应的特点,重点研究了针对酯化反应的两类绿色环保型催化剂—酸性离子液体和负载型磷钨酸。  选用价格低廉的高哌啶为原料,制备了四种具有 Bronsted酸性的离子液体,分别是单核叔铵盐离子液体1-(丙酸基)高哌啶硫酸氢盐[HMILS]HSO4和1-(丙酸基)高哌啶对甲苯磺酸盐[HMILS]OTs,双核叔铵盐离子液体双-(1-高哌啶)亚丁基双硫酸氢盐 HMIBL[HSO4]2和双-(1-高哌啶)亚丁基双对甲苯磺酸盐HMIBL[OTs]2,用1H NMR、FT-IR、TG和元素分析等手段对其结构进行了表征以及对其热稳定性进行了测试,结果显示,制备的离子液体与预设的结构相符,产品的热稳定性较高,酸性测试显示四种离子液体表现出较强酸性,其中两种双核叔铵盐离子液体的酸性可比拟硫酸。  以环氧树脂 E-12、大孔离子交换树脂 Amberlyst36和中孔二氧化硅CFG为载体,分别采用浸渍法制备了负载型磷钨酸催化剂,用 FT-IR、XRD、SEM、TG等手段对其进行了表征。研究表明以环氧树脂E-12为载体、磷钨酸负载量为15%时其催化剂的催化性能及稳定性最好,磷钨酸在载体上分布均匀,热稳定性较高,能满足绝大多数酯化反应。  分别将两类新制备的催化剂用于合成柠檬酸三丁酯的反应中,评价两类催化剂的催化性能,四种离子液体表现出不同的催化性能,大小为:HMIBL[HSO4]2>HMIBL[OTs]2>[HMILS]HSO4>[HMILS]OTs,通过单因素考察法确认了离子液体HMIBL[HSO4]2作催化剂时的最优工艺:n(正丁醇):n(柠檬酸):n(IL)=5:1:0.05、120℃下反应3h,此条件下柠檬酸三丁酯的收率为98.45%,且该离子液体稳定性较好,在未经处理的情况下经10次循环使用后催化性能未见大幅度的降低。三种负载型磷钨酸催化剂均表现出较高的催化性能,但多次重复使用结果显示三种负载型磷钨酸的负载稳定性大小为:PW12/E-12(15)> PW12/Amberlyst36(20)>PW12/CFG(20),其中PW12/E-12经过10次循环使用其催化活性基本不变,表明环氧树脂E-12对PW12表现出高强度的吸附力。在最优反应条件下:酸与醇的物质的量比为1:5、催化剂的剂量为4%(负载的PW12占酸的质量分数)、120℃下反应4.5 h,柠檬酸的转化率达到了97.67%,柠檬酸三丁酯的选择性为95.81%。
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