生物质炭基固体磺酸的制备及其酸催化性能研究

以马尾松木屑为原料,通过炭化、磺化法制备生物质炭基固体磺酸催化剂。通过中和滴定法测定催化剂表面比磺酸量,并应用于油酸与甲醇的酯化反应。以油酸的转化率作为考察指标评价其酸催化活性,考察了制备条件对固体酸催化剂催化活性的影响。采用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射(XRD)等手段对催化剂进行了表征。通过正交试验确定固体酸催化剂的最佳条件为反应时间2 h;浓硫酸用量100 ml;催化剂用量13%;磺化温度165℃;油酸转化率可达91.36%。     

生物质炭基固体酸催化剂的制备

 以生物质木粉为原料, 采用炭化-磺化法制备了炭基固体酸催化剂, 并用于油酸与甲醇的酯化反应, 考察了制备条件对炭基固体酸催化剂活性的影响. 采用 X 射线衍射、红外光谱、热重分析、高分辨透射电子显微镜及元素分析等手段对催化剂进行了表征. 结果表明, 由生物质木粉制备的炭基固体酸催化剂具有较高催化酯化反应活性, 在 400 oC 下炭化 0.5 h, 135 oC 下磺化 1 h 制备的炭基固体酸催化剂在精馏分水连续酯化装置中催化油酸与甲醇的酯化反应 2 h 时, 酯化转化率达到 96%. 采用炭化-磺化法制备的生物质炭基固体酸催化剂具有蠕虫状的无序乱层炭结构, 磺酸基 (－SO3H) 含量高达 13.25%, 并且在 220 oC 以下时具有良好的热稳定性.     

新型Brønsted-Lewis双酸位碳基固体酸的制备及其催化生物柴油的合成

以羧甲基纤维素钠（CMC）与硫酸铁螯合反应生成的螯合物为碳前驱体，以浓硫酸为磺化试剂，制备新型碳基固体酸催化剂。采用红外（FT-IR）、X射线衍射（XRD）、吡啶红外、扫描电子显微镜（SEM）、热重分析仪（TGA）、能谱仪（EDS）对催化剂进行表征。结果表明，该催化剂同时具有Brønsted和Lewis酸位点，是具有双酸位的碳基固体酸催化剂。将其应用到油酸与甲醇的酯化反应制备生物柴油体系中，考察了不同反应条件对油酸转化率的影响。在反应温度为70℃，反应时间为6h，油酸与甲醇物质的量比为1：10，催化剂用量为油酸质量7.5%条件下，油酸的转化率可达到96.8%。此外，对该催化剂的稳定性进行研究发现该催化剂有着良好的重复使用性和疏水性。     

基于纤维素的固体酸催化剂的制备及其催化高酸值废油脂生产生物柴油

以廉价的纤维素为原料,经不完全炭化和磺化制得含高密度(1.69 mmol/g) SO3H基团的固体酸催化剂Cellulose-SO3H.结果表明,该催化剂适宜的制备条件为:在400℃炭化15h,再在150℃磺化15h.所得催化剂在油酸与甲醇的酯化反应中表现出明显高于其它几种典型固体酸催化剂(铌酸,Amberlyst- ...     

介孔分子筛SBA-15-SO3H催化合成油酸甲酯

在成功合成出含磺酸基的介孔分子筛SBA-15-SO3H的基础上，用于油酸与甲醇的酯化反应，考察该催化剂的催化性能，结果表明：在高级脂肪酸的酯化反应中，SBA-15-SO3H催化剂的活性高于沸石分子筛，与等摩尔数的硫酸的活性接近。考察了反应条件对SBA-15-SO3H催化剂性能的影响，得到油酸与甲醇酯化反应的最佳条件：反应温度60 ℃，甲醇与油酸的原料比为2∶1（摩尔），催化剂与原料比为1.5∶35（重量）。最后对催化剂的稳定性进行了考察，反应结果认为该催化剂在重复使用过程中活性未发生明显变化，反应前后的XRD分析结果认为，SBA-15-SO3H具有较高的水热稳定性。     

稻壳炭基固体酸催化酯化反应制备生物柴油研究

以热解稻壳炭为原料制备了SH系列炭基固体酸,以月桂酸和甲醇的酯化反应为探针反应,探讨了制备条件和反应条件对炭基固体酸的催化活性的影响。采用XRD、FTIR、BET、NH_3-TPD和元素分析等手段对催化剂进行了表征。结果表明,键合在无定型的多环芳烃炭层上的磺酸基(–SO_3H)提供了炭基固体酸表面的主要酸中心。以浓硫酸为磺化试剂,磺化4 h制得的SH-4h炭基固体酸表面酸密度最大,表现出最佳的催化酯化反应活性,在精馏分水—连续酯化反应装置中反应4 h,甲酯收率即可达到99.7%,且SH-4h炭基固体酸具有良好的稳定性。     

氟离子与磺化反应改性多壁纳米碳管催化剂的制备、表征及催化酯化反应合成油酸甲酯性能

通过高温浸渍法,对多壁纳米碳管进行了氟离子与浓硫酸磺化反应修饰改性处理,制备了一种新型Lewis酸型催化剂F~--SO_4~(2-)/MWCNTs,并通过透射电镜、拉曼光谱、X射线光电子能谱、吡啶吸附红外光谱、X射线荧光光谱、X射线衍射和NH_3程序升温脱附等表征手段对其的物理化学性能进行了表征分析,进而对多壁纳米碳管经F~-与浓硫酸磺化反应修饰改性后所出现的结构与催化性能变化的内在影响规律进行了探索。以F~--SO_4~(2-)/MWCNTs为催化剂,以甲醇和油酸为原料,对其在应用于催化酯化反应合成油酸甲酯过程中的活性进行了研究。结果表明:当反应温度为65℃、醇油物质的量之比为12∶1、催化剂质量占反应物总质量的0.9%、反应时间为6 h,油酸的转化率最高,达到了90%。高催化活性可归因于随着氟元素的加入,提高了SO_4~(2-)的插层作用效果,从而增加了酸性活性位的数量;此外,S=O键具有电子诱导效应,而F~-有强负电性,两者之间发生强烈的相互作用后形成了F~-S键,使S=O的吸电子效应大幅度增强,从而加剧了F~--SO_4~(2-)/MWCNTs催化剂的体系电荷不平衡趋势,导致催化剂中的正电荷过剩,使催化剂中的酸性活性位以Lewis酸为主,有效的避免了单纯磺化反应作用所生成的催化剂的酸性活性位以Br觟nsted酸型为主,而易在富含水的反应介质中发生水合作用而降低,甚至失去催化活性的现象发生。     

纳米孔炭负载 MnOx 催化剂上苯甲醇氧化反应性能

 以纳米孔炭 (NC) 为载体, 采用浸渍法制备了一系列 MnOx/NC 催化剂, 并用于以空气为氧源的苯甲醇液相氧化反应. 通过 X 射线衍射、X 射线光电子能谱、N2 吸附-脱附和 H2-程序升温还原等手段对催化剂进行了表征, 考察了催化剂中 Mn 负载量和焙烧温度, 以及反应条件等对反应性能的影响. 结果表明, 10%MnOx/NC 催化剂的活性较高, 反应 4 h 后苯甲醇转化率可达 80.4%; 明显高于活性炭负载的 MnOx 催化剂. 这主要归因于其表面存在大量高分散、且易于还原的 Mn 物种.     

稀土固体超强酸SO2-4/TiO2/La3 +催化合成丙酸苄酯

采用浸渍法制备了稀土固体超强酸SO2-4/TiO2/La3+,并运用IR、XRD和Hammett指示剂法对其进行了表征.以制备的固体超强酸SO2-4/TiO23+为催化剂、丙酸和苯甲醇为原料合成了丙酸苄酯.考察了催化剂的制备条件及合成条件对酯化率的影响,结果显示催化剂最佳制备条件:钛前体氧化物的浸渍液为含0.07 mol·L-1 La3+的硫酸溶液,焙烧时间3 h,焙烧温度500℃.最佳反应条件:醇酸摩尔比为1:2、催化剂用量为苯甲醇用量的9.3%、反应时间3 h、反应温度120℃,酯化率达84.0%以上.用IR、1H-NMR等手段对产品进行了表征.     

稀土固体超强酸SO4^2-／TiO2／La^3＋催化合成丙酸苄酯

采用浸渍法制备了稀土固体超强酸SO2-4/TiO2/La3+,并运用IR、XRD和Hammett指示剂法对其进行了表征.以制备的固体超强酸SO2-4/TiO23+为催化剂、丙酸和苯甲醇为原料合成了丙酸苄酯.考察了催化剂的制备条件及合成条件对酯化率的影响,结果显示催化剂最佳制备条件钛前体氧化物的浸渍液为含0.07 mol·L-1 La3+的硫酸溶液,焙烧时间3 h,焙烧温度500℃.最佳反应条件醇酸摩尔比为12、催化剂用量为苯甲醇用量的9.3%、反应时间3 h、反应温度120℃,酯化率达84.0%以上.用IR、1H-NMR等手段对产品进行了表征.     

稻壳碳基固体酸催化剂的制备及在木糖脱水制备糠醛反应中的催化性能

以工业生产中碱法溶硅剩余的稻壳残渣为碳源,采用硫酸磺化法制备稻壳碳基固体酸催化剂,考察了其催化木糖脱水制备糠醛的性能.采用红外光谱、元素分析及表面酸浓度测定等手段对催化剂进行了表征.对固体酸催化剂的制备条件进行了优化,所得催化剂的表面酸浓度可达1.03 mmol/g.以木糖脱水制备糠醛为模型反应,考察了溶剂类别、反应温度和反应时间对固体酸催化剂催化性能的影响.实验结果表明,以二甲基亚砜(DMSO)为反应溶剂效果优于水,并且随着反应温度的升高和反应时间的延长,反应产率逐渐增加,最高可达75.8%.此外,还对催化剂的循环性能进行了研究,探讨了其失活原因和再生方法.     

新型磷钨酸基固体酸催化油酸酯化合成生物柴油

利用磷钨酸（PTA）与1,2,3-三氮唑-4,5-二羧酸（TDA）在水溶液中的反应,合成了一种新的固体酸TDA-PTA,采用X射线粉末衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、红外光谱（FT-IR）、热重（TG）以及电位滴定等方法对其进行了表征,并以油酸与甲醇的酯化反应为探针反应,考察了其催化性能,探讨了催化剂用量、醇酸物质的量比、反应时间、反应温度以及催化剂重复利用次数等对产物收率的影响。结果表明,TDA-PTA不仅保留有磷钨酸典型的Keggin结构,而且具有较强的酸强度;经修饰后,催化剂具有规整的球形形貌,比表面积明显大于磷钨酸;TDA-PTA在油酸与甲醇的酯化反应中表现出了优良的催化活性,尤其显示出好的重复利用性,六次使用后,仍得到86.8%的油酸甲酯产率,催化剂的物相以及Keggin结构没有明显变化。     

新型碳基固体酸SO_4~(2-)/Nd_2O_3/C制备及催化油酸与甲醇酯化反应合成生物柴油研究

在流化床管式炉中,通过对废山茶油壳进行高温炭化处理制备了一种碳基材料。以该碳基材料为载体,并对其进行稀土金属离子钕和硫酸磺化改性,合成了一种新型碳基固体酸催化剂SO_4~(2-)/Nd_2O_3/C。对制备而成的催化剂进行了多种物理化学表征分析,并以其为经甲醇和油酸酯化反应来合成生物柴油的催化剂,对其催化活性和稳定性进行了研究。结果表明,当甲醇和油酸物质的量比为2∶1,催化剂与反应物质量比为2%,反应时间为120 min,反应温度为90℃,油酸的转化率为96.70%。催化剂经循环使用三次后,油酸的转化率仍高达86.74%。高催化活性可归因如下:由于Nd、O、S元素的电负性分别为1.14、3.44和2.58,因而Nd易向O和S元素的2p空轨道提供孤对电子,使Nd~(3+)与SO_4~(2-)之间形成稳定的配位键。并且,由于S=O键具有强吸电子作用,而导致了与SO_4~(2-)配位的Nd~(3+)所产生的静电场增大,当有水(强配体)存在时,可使SO_4~(2-)/Nd_2O_3/C催化剂呈现出强Brnsted酸性。     

热稳定性能良好的磺化聚醚砜酮催化剂

采用磺酸化的方法制备了一种热稳定性能良好的新型固体酸树脂催化剂——磺化聚醚砜酮树脂(S-PPESK),并应用在异丁烯的低聚反应中.S-PPESK在较低的温度条件下对异丁烯的低聚反应表现出了很高的催化活性和二聚反应选择性.对S-PPESK的热稳定性能采用预处理的方法进行了测试,结果显示它的预处理温度高达180 ℃,与商业磺酸树脂的预处理温度相比高出约40 ℃. S-PPESK在异丁烯的低聚反应中表现出了良好的催化活性、优良的二聚反应选择性和很好的热稳定性能,其应用前景广泛.     

功能特异性杂多酸离子液体催化丁二酸水溶液直接酯化

将以磺化六亚甲基四胺([HMT-4PS])制备的阳离子与以杂多酸([HPA])制备的阴离子结合, 制备了一系列功能特异性离子液体催化剂([HMT-4PS][HPA]); 将其用于催化甲醇(MeOH)与丁二酸(SA)水溶液的直接酯化反应. 结果表明, 该系列离子液体在反应过程中以“乳状液”的形式均匀分散在体系中. 反应结束后, 通过降低体系极性即可实现催化剂的快速分离. 在合成的系列催化剂中, [HMT-4PS]₃[PW]₄表现出最佳的催化活性. 分别探讨了反应温度、 催化剂用量、 酸醇摩尔比和反应时间等因素对反应的影响, 确定了最优反应条件: 温度80 ℃, 催化剂用量5%(质量分数, 按丁二酸水溶液计), n(SA)∶n(MeOH)=1∶30, 反应时间8 h. 最优条件下丁二酸的转化率达到79.3%, 二酯选择性达到92.9%; 该催化剂重复使用5次后, 丁二酸转化率及二酯选择性仍分别保持在77%及90%以上.     

吗啡啉碱性离子液体催化合成油酸甲酯

采用两步法合成了由阳离子N-甲基-N-丁基吗啡啉和阴离子氢氧根搭配的[Nbmm]OH新型碱性离子液体。实验利用FT-IR、元素分析和TGA分别对该离子液体的化学结构和热稳定性进行了表征。结果表明,该离子液体的热稳定性超过200℃。对该离子液体的溶解性能进行了考察, 结果表明,该离子液体能与强极性溶剂互溶,而且其水溶液的碱性较强。为了考察该离子液体对酯化反应的催化活性,实验过程中以油酸和甲醇反应生成油酸甲酯的酯化反应为模型反应,评价该离子液体的催化活性。结果表明,当反应温度60℃、酸醇比为1:6、离子液体加入量为原料总质量的15%、反应10 h时,油酸转化率达93.9%,而且该离子液体易于从反应体系中分离,可以循环使用。     

脂肪酸在超临界甲醇中的酯化反应研究

超临界甲醇中的酯化和酯交换反应是利用植物油、动物油或废油脂制备生物柴油的新工艺.它的最大特点是不需要添加催化剂,超临界甲醇既是反应媒介,又是反应物.