稀土改性固体超强酸催化剂的合成及性质表征

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1、稀土改性固体超强酸催化剂的合成及性质表征摘要：本实验研究以硝酸锆和硝酸镧为原料合成物质的量比为Zr:La=1:0,Zr:La=1:1,Zr:La=1:2的固体超强酸催化剂，研究了在Zr:La分别为1:0,1:1,1:2三种催化剂各取2g催化合成乙酸正丁酯的酯化率，由酯化率得出催化剂的活性，并且对催化剂进行红外光谱和紫外光谱分析。结果表明Zr:La=1:2的催化剂的催化效率最高，同样反应时间为3h时，乙酸正丁酯的收率为66.84%。关键词：稀土；固体超强酸催化剂；乙酸正丁酯；催化剂的合成；酯化反应。121前言1.1开题依据固体超强酸是指酸性比100％硫酸更强的固体酸，固体超强酸由于

2、它的高比表面积及特殊的晶体结构使其成为一种新型催化剂材料，可广泛用于有机合成、精细化工、石油化工等行业。由于固体超强酸与传统的催化剂(如硫酸)相比具有(1)催化效率高，用量少，副反应小，副产物少；(2)可在高温下使用，可重复使用，催化剂与产物分离简单；(3)无腐蚀性，不污染环境；(4)制备方法简便，可用一般金属盐类制备。由于上述优点，固体超强酸的研究和应用成为寻求新型绿色环保型催化剂的热点领域，对促进化工行业向绿色环保化方向发展具有重要的意义。固体超强酸和传统的催化剂(如浓硫酸、三氯化铁、无水三氯化铝等)相比具有明显的优势：(1)催化活性高，催化剂用量少，催化剂分离回收容易。催化

3、剂本身不进人和不污染产品；(2)使用温度低，甚至在常温下也表现出较好的活性，有利于节能；(3)反应物转化率高，副反应少，产物色泽和纯度好。有利于减少原料消耗和降低“三废”排放；(4)固体超强酸虽然表面酸性很强，但不腐蚀设备，无论是催化剂的制备、理论探索、结构表征，还是工业应用研究都有了新的发现，固体超强酸由于其特有的优点和广阔的工业应用前景，已受到国内外学者广泛关注，成为固体酸催化剂研究中的热点[1-2]本实验主要研究通过加入一定量La元素对SO42-/ZrO2催化剂性质的影响，La与Zr在三种不同摩尔比下合成固体超强酸催化剂的催化效率。1.2文献综述陈里等[3]用稀土La对钛基

4、催化剂进行改性，制备了SO42-／Ti—La—O型催化剂，并研究了它在催化方面的应用。徐景土等[4]制备了含稀土的固体超强酸催化剂，并将其用于合成羟基苯甲酸醚及酯化反应。发现含稀土固体超强酸催化剂显示出较高的催化活性，并具有较好的稳定性，催化剂可重复使用。林进等人[5]报道了稀土周体酸SO42-／TiO2-La3+的制备及其催化酯化作用，用改性后的催化剂用于癸二酸与无水乙醇的反应，考察了影响反应的主要因素。郭锡坤等[6]在SO42-/ZrO2制备过程中加入Dy2Ch进行改性，并用于柠檬酸与正丁醇合成柠檬酸三正丁酯，考察了稀土加入后对催化剂的影响，用俄歇电子能谱分析重复使用后催化剂

5、表层的组成，认为稀土Dy2O3对固体超强酸中的SO42-具有稳定作用，反复使用后的SO42-不易流失，而活性下降的主要原因是积碳所致。稀土La3+掺杂的固体超强酸SO42-/ZrO2—TiO2/La3+12催化合成乳酸正丁酯：该实验从各种催化剂的比较、催化剂用量、酸醇摩尔比、反应时间和带水剂对酯化率的影响等角度进行了研究。研究结果表明，用稀土La3+掺杂的固体超强酸SO42-/ZrO2—TiO2/La3+催化合成乳酸正丁酯，催化活性高，用量少，污染小，且可较好的循环利用，其最佳工艺条件为：催化剂用量为0.75g/0.1mol乳酸，酸醇摩尔比为1:3，回流时间2h，此条件下酯收率为

6、99.26%[7]。纳米稀土复合固体超强酸SO42-／ZrO2-La2O3催化合成氯乙酸乙酯：该实验研究了醇酸摩尔比、催化剂用量、环己烷用量、反应时间等因素对酯化率的影响。实验结果表明，纳米稀土复合固体超强酸SO42-／ZrO2-La2O3是合成氯乙酸乙酯的良好催化剂，该催化剂制备简单，不溶于反应体系，易与产物分离，催化反应条件温和，工艺操作简单，重复使用性良好，其最适宜的反应条件：氯乙酸0.1mol，醇酸摩尔比3:1，催化剂用量1.0g，环己烷用量15mL，回流分水反应2.0h。在此条件下，氯乙酸乙酯酯化率可达94.3％[8]。SO42-／ZrO2-La2O3催化合成环己酮1,

7、2—丙二醇缩酮：该实验从催化剂的焙烧活化温度、焙烧活化时间、酮醇物质的量比、催化剂用量、带水剂用量等因素对缩酮收率的影响进行了研究。实验结果表明，纳米稀土符合固体超强酸SO42-／ZrO2-La2O3催化合成环己酮1,2—丙二醇缩酮的优化条件为：n(酮):n(醇)=1:1.8，催化剂用量为反应物总质量的2.0%，带水剂环己烷用量为反应物总质量30%，回流分水反应时间90min，在此条件下，环己酮1,2—丙二醇缩酮的收率可达89.45%[9]。1.3合成路线与反应机理计算摩尔比分别