磁性纳米固体酸的合成及其催化烯烃环氧化性能研究

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1、中国科学技术大学硕士学位论文磁性纳米固体酸的合成及其催化烯烃环氧化性能研究作者姓名：学科专业：导师姓名：完成时间：张富山二O一四年五月六日UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationformaster’SdegreeAPreparationofmagneticnanosolidacidforcatalyticepoxidationofolefinsFushanZhangMaterialPhysicsandChemistryProf．Ch

2、enQianwangMay6M，2014N．：”廿外吣．o小州训．垂=蒌M沁泖晰中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均己在论文中作了明确的说明。作者签名：乏蔓重生攀字日期：趔哗中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按

3、有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。留公开口保密(——年)作者签名：Z蔓簦生签字日期：逊斗导签字日期：夕罐列}。』o彳摘要众所周知，液体酸作为一类重要的催化剂在石油精炼以及药物合成等化工生产领域占有至关重要的位置。由于这类催化剂的使用存在诸如催化剂不易从产

4、物中回收利用、设备腐蚀严重以及有害废物排放量大等缺点，在倡导资源、经济、环境、社会和谐发展的时代背景下，其被环境友好而又容易分离的固体酸所取代已是大势所趋。近年来，磁性纳米固体酸因其较高的催化效率、良好的稳定性和循环性而受到越来越多的关注。本文综合利用传统的液相合成方法结合表面修饰技术，通过分步法制得具有核壳结构的近乎单分散的磁性Y．Fe203@C@M003纳米固体酸，然后测试了该复合材料对过氧化氢叔丁基与烯烃的环氧化反应的催化性能，并以环辛烯的环氧化反应为模板具体考察了反应温度以及反应时间对实

5、验结果的影响，同时也研究了催化剂的循环性能，最后结合实验数据以及相关文献提出新的催化反应机理。具体研究内容如下：1．首先采用溶剂热法制备粒径大约为300nnl的"／-Fe203磁性纳米粒子，并以葡萄糖为碳源通过水热法在其表面包覆碳层，随后用聚电解质PDDA进行修饰以改变其表面的电性，促进三氧化钼前驱体在其表面的固载，最后在乙二醇与水的混合体系中通过水热法得到最终产物1(-Fe203@C@M003复合纳米粒子。SEM、TEM、XRD、XPS等表征结果证明所制各的复合纳米粒子为核壳结构且分散性较好同

6、时具有超顺磁性；2．通过异相催化过氧化氢叔丁基环氧化环辛烯和苯乙烯的反应研究其催化性能，实验结果表明以四氯化碳为溶剂，该催化剂在用量极低(O．5IIK)慨)的情况下，于80℃下反应6h，环辛烯的转化率达到97％，环氧环辛烷的选择性接近100％，转化频率(TOF)为66．7h．1，而苯乙烯在相同条件下反应12h，其转化率也达到98．4％。然后以环辛烯的环氧化反应为模型实验，具体研究了反应温度和反应时间对催化反应结果的影响以及催化剂的循环使用性能。后续的循环实验证明所合成的纳米粒子不仅具有优异的磁分

7、离性能，而且稳定性好。在9次循环使用中，催化剂没有表现出明显的失活现象；3．基于实验数据并结合相关文献，我们提出了路易斯酸催化环氧化烯烃的反应机理。该机理认为烯烃和过氧化氢叔丁基同时和催化剂配位形成的络合物把分子间的反应转化为分子内的反应，为氧原子的转移反应提供便捷途径。关键词：固体酸磁性纳米固体酸7-Fe203《粥@M003烯烃环氧化反应AbstractLiquidacids，knownasoneofthemostimportantcatalysts，haveacquiredacmchlpla

8、ceinindustrialprocessessuchasoilrefiningandproductionofpharmaceuticalchemicals．However,theutilizationofthesecatalystssuffersfromalotofdisadvamagessuchasthedifficultyinseparationandrecoveryofcatalystsfromthepmducLsevereequipmentcorrosionandthelar零disc