纳米固体超强酸SO42-/ZrO2催化莰烯合成异龙脑

自1979年报道了无卤素SO42-促进型氧化物固体酸以来[1],固体酸催化剂作为一类新型绿色催化剂备受人们关注。近来又发现将固体超强酸制成纳米微粒具有更强的催化活性[2-3]。本文以纳米固体超强酸SO42-/ZrO2为催化剂,以莰烯和草酸为原料,通过酯化-皂化法合成了异龙脑。1实验部分1     

纳米固体超强酸TiO2/SO42-的制备及其催化甲苯选择性硝化

采用溶胶-凝胶法制备了新型的纳米固体超强酸催化剂TiO2/SO42-,并用XRD、TEM进行了表征。结果表明:所研制的TiO2/SO42-催化剂为晶态纳米粒子,平均粒径为34 nm,分散性较好;以纳米固体超强酸催化剂TiO2/SO42-为催化剂时,甲苯硝化的区域选择性和活性提高。找出最佳反应条件为:催化剂活化温度600℃,反应温度60℃,n(硝酸)/n(甲苯)=2,w(甲苯)/w(催化剂)=35,反应时间4h,甲苯转化率为87.4%,对位硝基甲苯与邻位硝基甲苯之比(P/O)可达1.52。     

WO3／ZrO2和MoO3／ZrO2固体超强酸体系研究

研究了浸渍偏钨酸铵和仲钼酸铵的无定形ＺｒＯ２在焙烧过程中钨和钼氧化物表面分散和晶相变化情况。发现于３５０℃焙烧后钨，钼仍以多聚酸根形式分散于ＺｒＯ２表面，用ＸＲＤ法测定的“视阈值”远大于按ＷＯ３和ＭｏＯ３计算的单层分散容量，８００℃焙烧后钨和和钼以ＷＯ３和ＺｒＭｏ２Ｏ８的形式分散于ＺｒＯ２表面上，用ＸＲＤ方法测定的“视阈值”与ＷＯ３和ＺｒＭｏ２Ｏ８的单层分散容量相近。Ｈａｍｍｅｔｔ指示剂法和正戊烷     

焙烧温度对纳米级SO2- 4/TiO2固体超强酸性能的影响

用锐钛型纳米TiO2制备了纳米级SO2- 4/TiO2固体超强酸,考查了焙烧温度对酸强度、比表面积、红外光谱及其催化活性的影响.结果显示该催化剂在450℃焙烧3 h,可以形成纳米级SO2-4/TiO2固体超强酸的结构.用该催化剂催化乙酸和丁醇酯化反应可使酯化率达到98.4%.     

掺锆磁性纳米固体超强酸SO42-/TiO2/Fe3O4的制备与表征

制备了掺杂Zr的SO42-TiO2Fe3O4磁性纳米固体超强酸催化剂,并用XRD、TEM、FT IR、TG DTG等测试手段对催化剂的晶型、晶粒大小、酸性、热稳定性、磁性进行研究,考察了Zr的掺杂对催化剂的影响。以醋酸和正丁醇的酯化反应考察不同温度焙烧的催化剂的催化活性,发现ZrO2的加入提高了催化剂的活性与稳定性,且焙烧温度为600℃的催化剂活性最高。     

镧改性固体超强酸SO42-/ZrO2-TiO2/La3+催化剂的制备及性能研究

将固体超强酸SO42-/ZrO2 TiO2负载镧制备新型催化剂SO42-/ZrO2 TiO2/La3+,以催化合成溴代正辛烷为模型反应,考察了不同制备条件对催化剂性能的影响,结果表明:以0.5mol·L-1H2SO4和5.0%的La(NO3)3混合溶液浸渍的锆钛前体氧化物,经110℃烘干后于550℃焙烧3h所得催化剂(LSZT5.0 3 550)活性较好,在n(HBr)∶n(辛醇)=5.12∶1.00、催化剂用量为反应物总质量的1.6%、反应时间为4h,反应温度约130℃的条件下,合成溴代正辛烷产率达75%以上。采用IR,XRD,DTA/TGA和Hammett指示剂法对催化剂进行表征显示:LSZT5.0 3 550具有较高的酸强度,且为无定型态。     

纳米复合固体超强酸SO2-4/ZrO2 -Fe2O3的制备及其催化合成硝基苯的研究

采用纳米化学技术制备了新型的纳米复合固体超强酸催化剂SO2-4 /ZrO2 -Fe2O3, 并用XRD、 TEM进行了表征. 结果表明: 所研制的SO2-4 /ZrO2 -Fe2O3 催化剂为晶态纳米粒子, 平均粒径为30 nm, 分散性较好;当活化温度为580 ℃, 反应温度为75 ℃, n (硝酸)/n (苯)＝2, m (苯)/m (催化剂)＝20, 催化反应时间5 h时, 硝基苯收率可达89.6%.     

焙烧温度对纳米级SO4^2-／TiO2固体超强酸性能的影响

用锐钛型纳米TiO2制备了纳米级SO4^2-／TiO2固体超强酸，考查了焙烧温度对酸强度、比表面积、红外光谱及其催化活性的影响．结果显示该催化剂在450℃焙烧3h，可以形成纳米级SO4^2-／TiO2固体超强酸的结构，用该催化剂催化乙酸和丁醇酯化反应可使酯化率达到98．4％。     

纳米固体超强酸SO2-4/ZrO2-SiO2的研究

采用纳米化学制备技术合成了新型的纳米固体超强酸催化剂SO2-4/ ZrO2-SiO2.该催化剂对醋酸和脂肪醇的酯化反应有很好的催化作用,并具有耐水性强,再生容易,可重复使用,不腐蚀设备,不污染环境等优点,是对环境友好并具有应用前景的绿色工业催化剂.用XRD、XPS、TEM、IR和化学分析等手段分析了SO2-4 / ZrO2-SiO2的晶化过程、比表面积、含硫量.结果表明,浸渍液H2SO4浓度、焙烧温度、沉淀条件、比表面积和含硫量均明显影响SO2-4 / ZrO2-SiO2的酸强度及催化活性.SO2-4 / ZrO2-SiO2最佳制备条件陈化温度为0℃,浸渍液H2SO4浓度为0.5 mol/ L,焙烧温度为650℃,焙烧时间为3 h.     

纳米复合固体超强酸SO4^2-／ZrO2-Fe2O3的制备及其催化合成硝基苯的研究

采用纳米化学技术制备了新型的纳米复合固体超强酸催化剂SO4^2-／ZrO2-Fe2O3，并用XRD、TEM进行了表征。结果表明：所研制的SO4^2-／ZrO2-Fe2O3催化剂为晶态纳米粒子，平均粒径为30nm，分散性较好；当活化温度为580℃，反应温度为75℃，n（硝酸）／n（苯）=2，m（苯）／m（催化剂）=20，催化反应时间5h时，硝基苯收率可达89．6％．     

固体超强酸SO2-4/ZrO2的制备及其催化性能研究

以氧氯化锆为锆原,氨水为沉淀剂,硫酸溶液为浸渍液,通过沉淀-浸渍法制备SO2-4/ZrO2(SZ)酯化催化剂,其结构经BET、X-射线衍射(XRD)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)及扫描电子显微镜(SEM)表征.结果表明:随着焙烧温度升高,催化剂的比表面积依次降低,孔径增大,氧化锆的晶态由无定形态转化为四方晶态再转化为单斜晶态;于600℃焙烧时,催化剂形成的S=O键红外吸收峰最强;于700℃焙烧时,催化剂结构被破坏.在丙烯酸与十八醇的酯化反应中对催化剂进行活性测试.结果表明:600℃焙烧的催化剂产率最高(96.4%).     

镝对固体超强酸催化剂ZrO2-Dy2O3/SO42--HZSM-5的酸性和稳定性的影响

合成了固体超强酸催化剂ＺｒＯ２－Ｄｙ２Ｏ３／ＳＯ４＾２－,并将其负载于分子筛ＨＺＳＭ－５上,制成复合型固体超强酸催化剂ＺｒＯ２－Ｄｙ２Ｏ３／ＳＯ４＾２－ＨＺＳＭ－５）以下简称催化剂ＺＤＳＨ）,采用Ｈａｍｍｅｔｔ批示剂法,吸附吡淀的ＴＰＤ法,考察催化剂ＺＤＳＨ的酸强度及其分布;通过热重分析（ＴＧＡ）、差热分析（ＤＴＡ）方法,考察镝对催化剂ＺＤＳＨ稳定性的作用;运用红外光谱（ＩＲ）法,分析催化剂ＺＤＳ     

固体超强酸催化剂ZrO2-Dy2O3/SO42--HZSM-5的制备及结构性能关系的研究

合成了分子筛复合超强酸催化剂ＺｒＯ２－Ｄｙ２Ｏ３／ＳＯ＾２－４－ＨＺＳＭ－５;以柠檬酸和正丁醇的酯化反应为探针,运用Ｈａｍｍｅｔｔ指示剂法、ＢＥＴ、ＸＲＤ和ＡＥＳ等方法,考察了催化剂的制备条件与结构性能的关系。结果表明,Ｄｙ２Ｏ３与ＺｒＯ２的质量比为０．０３：１时,催化剂性能较好;最适宜焙烧温度为５５０℃,在此温度下制得的催化剂具有较大的比表面积和较强的酸性,催化剂中的ＺｒＯ２以四方晶形存在,该催     

固体超强酸NiO-ZrO_2/SO_4~(2-)的合成及其对葡萄糖电催化氧化的研究

制备了固体超强酸NiO-ZrO2/SO42-,并研究了其对葡萄糖的电催化氧化性能。利用X射线衍射、扫描电镜以及傅里叶变换红外光谱法对其进行表征,同时研究了其对葡萄糖的电催化氧化性能。结果表明:起主要催化作用的为NiO-ZrO2/SO42-中镍的活性物质,而ZrO2/SO42-上的缺电子金属中心加速了反应过程中电子的转移速率,使得NiO-ZrO2/SO42-相比于NiO/SO42-有更低的峰电位,并且表现出更好的稳定性。     

陈化温度和Fe/Zr配比对SO42-/Fe2O3-ZrO2固体超强酸结构与性能的影响

用低温陈化法制备了SO42-/Fe2O3-ZrO2(简称SFZ)固体超强酸催化剂,用红外光谱(IR)和X光衍射(XRD)对其结构进行了表征,并考察了它对合成癸二酸二正丁酯的催化性能.IR谱显示,低温陈化的SFZ样品在1070 cm-1处吸收峰远强于常温陈化样品.XRD分析则显示,在焙烧温度为650℃、 Fe/Zr为2 ∶ 1时,低温陈化的样品出现了亚稳态的ZrO2四方晶相.该样品在催化酯化反应中使产率达90%以上,高于常温陈化样品的30%.研究结果表明: 在其他条件不变时,低温陈化所出现的亚稳态的ZrO2四方晶相是表面酸性和催化活性增加的微观原因.     

磁性纳米固体超强酸的合成、表征及性能

首次制备了SO₄^2-/Co_0.5Fe_2.5O₄-ZrO₂磁性固体超强酸,利用TEM,DTA,XRD和FTIR等手段研究了Co_0.5Fe_2.5O₄磁性基质对ZrO₂的粒子大小、晶化温度与结构的影响.考察了磁性固体超强酸的催化性能及催化剂的寿命、回收率和磁性.结果表明,引入Co_0.5Fe_2.5O₄磁性基质不但赋予催化剂以磁性,而且在固体超强酸形成过程中延迟了ZrO₂由四方晶相向单斜晶相的转变,有助于稳定样品表面的含硫物种,磁性固体超强酸对酯化反应具有较高的催化活性,可活化再生,并保持磁性.     

超声波共沉淀法制备SO42-/Fe2O3-ZrO2固体超强酸及其性能研究

于-15℃陈化24 h,采用超声波共沉淀法制备了SO42-/Fe2O3-ZrO2固体超强酸(SFZ-n,n=1~12),其结构经IR表征。结果表明,超声波辐照可以提高SFZ的酸性、比表面和催化活性。SFZ-8用于催化合成乙酸正丁酯,酯化率92%,且重复使用5次后,酯化率仍高于80%。     

SO2-4/ZrO2/Fe3O4/Al2O3磁性固体超强酸的制备与表征

用化学共沉淀法制备了一系列SO2-4/ZrO2/Fe3O4/Al2O3磁性固体超强酸, 利用XRD、IR、TG-DSC、VSM、TEM及HRTEM等手段对样品结构进行了表征. 结果表明, 引入一定量的Fe3O4和Al2O3有利于四方晶相ZrO2(t)结构的稳定；Fe3O4超细粒子的引入, 使固体超强酸具备了超顺磁性；HRTEM 结果显示ZrO2晶体生长趋向于ZrO2(t)的[101]方向,其(101)晶面间距为d(101)=0.29 nm, 与XRD 衍射结果一致. Hammett 指示剂测得样品SZA-20-200-800酸强度(H0<-13.8)最强, 酸性大于浓硫酸(H0=-11.9).     

MCM-41负载SO42-/ZrO2超强酸的性能研究

采用浸渍－焙烧法制备了ＭＣＭ－４１负载ＳＯ＾２－４／ＺｒＯ２（ＳＺ）超强酸催化剂，并考察了其织构性质及酸性的变化规律。结果发现，过高的ＳＺ负载量会引起ＭＣＭ－４１介孔结构的破坏，而负载量过低则不能产生超强酸性。     

纳米复合固体超强酸SO42-/CoFe2O4的制备和表征

采用纳米化学制备技术合成了新型的纳米复合团体超强酸催化剂ＳＯ４２－／ＣｏＦｅ２Ｏ４。用ＸＲＤ、ＴＥＭ、ＸＰＳ、红 外光谱和比表面测定等技术研究了该催化剂的结构形态,结果表明：所研制的ＳＯ４２－／ＣｏＦｅ２Ｏ４催化剂为晶态纳 米粒子（＜ ５０ｎｍ）,比表面积很大（１５７ｍ２· ｇ－１）,ＳＯ４２－与氧化物的金属离子呈无机双齿螯合状配位化合物的结 合形式。以乙酸乙酯合成为模型反应考察了该催化剂的催化活性,比较了酸性和酸强度,推断出该催化剂的酸 强度Ｈ０＜－１４．５。