so42-_zro2_fe3o4_tio2催化剂的制备及其性能研究毕业论文(编辑修改稿)

so42-_zro2_fe3o4_tio2催化剂的制备及其性能研究毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

o12O40 7 阳离子交换树脂 苯乙烯 二乙烯基苯共聚物 8 天然粘土 膨润土﹑高岭土﹑蒙脱土﹑海 泡石 9 固体超强酸 SO42/ZrO2﹑ WO3/ZrO2﹑ MoO3/ZrO2﹑ 唐 山 学 院 毕 业 设 计 5 酸性固体超强酸催化剂做为新型的催化加虽然相比液体酸催化剂的发展起步较晚，而且早期整体来说较液体酸催化剂应用范围较窄，但是自从它诞生之日起就得到了广泛的关注，并得到各国学者的关注。 目前其应用以涉及多个化工领域。 固体酸催化剂的优点目前已将的到很多学者的认可，各个国家都在积极的研究各种固体酸催化剂，固体酸催化剂应用范围逐渐广泛，无论其催化活性，酸性，以 及分离回收利用率都逐渐的提高，而近年来研究催化剂中加入磁性物质，使得催化剂带有磁性，便于分离，这类研究也成为了热点。 在固体酸催化剂中加入有磁性的四氧化三铁，使得整个催化剂带有磁性。 在保证催化剂活性的同时又使得催化剂有磁性，带有这种性质后，使得它和产物的分离比较好。 近些年来，人们利用了快熟发展的纳米技术，合成了新型纳米固体超强酸催化剂。 纳米离职使得催化剂的比表面积增加，而表面积的增加大大提高这类催化剂的催化活性，但纳米固体超强酸催化剂也存在一些缺点，如在液相催化体系中易团聚。 当反应结束后，反应产物与固体酸催 化剂的分离比较困难。 而在气固催化体系中，这类催化剂又会造成床层的阻力增大。 因此，研究和开发一种容易于分离容易回收，但同时又有较高催化活性的纳米固体酸催化剂，具有重要的理论和实际意义。 汕头大学的郭锡坤等人利用硅、锆、累托土对固体酸进行交联，制备硅锆交联粘土固体超强酸 (SO42/SiZrCLR)。 焦作大学成战胜等人利用磁性、微波对固体超强酸进行改性，制备出磁性固体超强酸催化剂，这种方法为催化剂与反应产物的分离提供了新的思路。 同时在催化剂中引入一些其他的氧化物，稳定催化剂晶粒类型，增加催化剂活性及使用温 度范围。 北京化工大学的 常铮等人，为了进一步提高固体超强酸的活性，开始探索用超细纳米氧化物作为载体，进行固体超强酸制备的研究，以原料 Fe(NO3)39H2O 为铁源， Co(NO3)2为 Co 源，用 NH3H 2O 作沉淀剂，在 400 摄氏度下焙烧 3h，合成了新型的纳米复合固体超强酸 SO42/CoFe2O4和 SO42/Fe2O3其催化剂的粒径小 50nm。 本论文综述了催化剂的发展现状，并按照催化剂载磁的思路，提出了磁性固体超强酸催化剂的制备方法，并将其应用于酷化等反应以考察其催化性能。 课题的最终目的是希望找到一种 在酯化等亲核反应中可以替代液体酸的催化剂，以克服液体酸的诸多缺点。 希望我的尝试工作能对大家有所帮助。 唐 山 学 院 毕 业 设 计 6 本次实验合成的催化剂即有较高的催化剂活性，又有很强的磁性，所以该实验的第一步是合成具有强强磁性的磁性基质，通过查找文献发现磁性基质的合成方法有很多种，例如化学共沉淀法合成磁性基质。 用这种方法制作的磁性基质是目前最普遍的方法，这种方法是把亚铁离子和三价铁离子以 1:2 的比例混合后，然后滴加氨水，调节它的 pH，并用搅拌器高速的搅拌，使混合液进行沉淀反应，从而 制得例如合适尺寸 (810nm)的 Fe3O4微粒。 然后将 Fe3O4放入到沸腾的含有油酸煤油中煮沸，这时候 Fe3O4表面会吸附油酸，从水相中向煤油相中转移，会生成煤油基磁性流体，它的饱和强度可以达到。 这种方法对操作条件的要求很苛刻，在移相时很易被氧化，很难得到好的产品。 此外还可以将 FeSO4 和 Fe2(SO4)3 分别加入三口瓶中，放入在水浴中升温到45℃ ，然后滴加氨水，调节 pH 值，使溶液 pH 范围在 1011 之间，在水浴锅中继续反应 ，取出放入烧杯中用去离子水洗涤，最后用磁铁分离磁性基质，放 入干燥箱中干燥。 化学沉淀法合成的催化剂方法很多，关键是要找出一种方便，高效且合成出的磁性基质可以满足实验要求。 此外合成磁性基质的方法还有很多如火花电蚀法，还原法，电沉积法，真空蒸镀法，热分解法。 合成磁性基质的方法有很多，合成的基质的磁性粒径也不同。 结合我系实验室特点与现实情况采用化学沉淀法进行基质的合成。 SO42/ZrO2/TiO2制备 浸渍法最早合成的固体酸催化剂就是通过浸渍法进行的。 首先用锆盐通过滴加氨水，调节 pH 值，沉淀制备出 Zr(OH)2前驱体，干燥后浸渍盐溶液，然后高温焙烧后 形成负载不同氧化物的催化剂 [13]。 共沉淀法是将来氯氧化锆、盐溶液和氨水充分搅拌，调节 pH 值，在 100 摄氏度左右的烘箱中放置老化，然后洗涤，干燥焙烧后形成 [14]。 溶胶凝胶法是通过在含有一定比例的异丙醇，正丙醇锆，硝酸和 M(CH2)3OH(M为相应的金属 )的混合液中，缓慢滴加异丙醇和水的混合溶液进行凝胶化，所得凝胶陈化后，用 CO2超临界干燥法除去溶剂，然后在 800 摄氏度下焙烧 3h后得到催化剂 [8]。 唐 山 学 院 毕 业 设 计 7 薄层色谱法简介 薄层色谱 (Thin Layer Chromatography)常使用 TLC 表示，是最近几年发展起来的。 又被叫做薄层层析法，属于一种固－液吸附色谱。 这种方法同时备了柱色谱跟纸色谱的部分优点。 比较合适用于较少量样品分离；另外一些方面在制作薄层板的时候，通过把吸附层加厚和加大，把样品点成一条线，在就能分离多达 500 毫克的样品。 所以也可以用来精制样品。 除此之外，在进行化学反应的测定时，这种薄层色谱法还可以用来做跟踪有机反应及进行柱色谱之前的一种预试，在通常利用薄层色谱观察反应物的斑点，来进一步判断反应是否进行。 薄层色谱是在干净的玻璃板（ 103cm 左 右上），把一层吸附剂均匀的涂在上面，在离薄层板一端大约 1cm 处的地方，用铅笔画一条线起点线，然后用较细的毛细管吸取样品，在薄层色谱板上划线处滴加，在吹干或着晾干后把薄层板置于盛有展开剂，展开剂为石油醚与乙酸乙酯混合液，比例为 10:1，的展开缸中，展开液浸入深度为大约为 厘米。 展开液一定不能没过滴加样品的点。 在展开液最前沿大约离顶端约 1 厘米左右时，再将薄层色谱板取出，用紫外灯照射使它显色。 它是利用了混合物中各个组分在某一种溶剂中的吸附的能力和溶解的能力的不同，使得当混合物的溶液流经这种物质时，通过进行反 复的分配或吸附等作用，再进而把各个组份成功的分开。 薄层色谱是一种微量的、简便并而快速的检测的方法。 在各种化合物、溶剂的极性不同，吸附能力也并不相同，在展开剂向上移动时候，进行的解析程度不一样，有的解析的快，有的慢，所以随展开剂扩散的速度不同。 最终物质所在的点与所化线的距离计为 Rf 化合物的吸附的能力大小通常与它们本身的极性成正比，所以说极性较大的化合物的吸附能力比较强，所以向上扩散的距离值比较的小。 在给定的条件下如果板层的厚度、吸附剂、展开剂等都相同，那么化合物的移动的距离与展开剂的移动的距离之间的比例就是一 定的，即 Rf 值是化合物的物性常数，其大小只与化合物本身的结构有关，在与其他因素无关。 因此可以根据 Rf 值的大小来鉴别化合物。 这种薄层色谱的检测方法既可以用于灵敏的检测出反应的是否发生。 是有机合成检测的重要方法，这种检测方法与其他的检测方法相比，检测比较方便，同时也比较经济，方法简单，操作容易。 可直观的观察出反应是否发生。 唐 山 学 院 毕 业 设 计 8 柱状色谱法，又称层析法，是一种利用分配平衡为原理的分配方法。 色谱体系有两个相：一个是固定相，一个是流动相。 当两相组分做相对运动时，通过反复多次的利用混合物中所含各组分分 配平衡性质的差异，最后达到混合物彼此分离的目的。 在 吸附柱色谱中，流动相是洗脱机，固定相是吸附剂，跟薄层色谱法相比，洗脱剂相当于展开剂。 两种色谱法的基本原理是相同的，都是根据各组分和吸附剂间吸附的强弱差异的不同来分离各相的。 混合物在柱色谱上通过反复的进行吸附，解析，再吸附，再解析从而完成分离。 但是还是有差异的，在柱色谱的进行过程中，在柱色谱顶端加入样品，流动相流经色谱柱的时候也是在色谱柱的顶端，并且源源不断的从柱中流出。 根据吸附剂吸附作用强弱的不同和混合物中各组分极性不同的差异，各组分在层析柱中随流动相的流 动速度也不相同，我们分步接收从色谱柱中流出的洗脱液，便可以让混合物按顺序分离出来。 在一般的情况下，最先流出的组分是吸附性较差的，吸附性较强的一般都是最后流出。 对 于柱状色谱法来说，实验成败的关键就在于根据需要分离的混合物的性质以及结构选择合适的吸附剂和洗脱剂是重中之重。 选择合适的吸附剂需要严格的要求，必须满足一下几方面 ， 所选的吸附剂不会在洗脱剂中溶解，并且跟色谱柱中的样品组分还有洗脱剂之间不会发生任何的化学反应。 对于某些可逆的吸附，如分离组分混合物，同时也必须使吸附能力足够大，这样才能使混合物的各组分在固定 相与流动相之间达到平衡的速度最快。 吸附剂必须要颗粒大小适当，形状均匀，这样才能使洗脱剂以一定的流速通过色谱柱。 最好选用的材料应该是价格低廉，并且无色，可以清晰地观察。 在 色谱柱法中，吸附剂对样品各组分的吸附能力和洗脱剂对各组分的解析能力的大小是决定样品在色谱柱中移动速度和分离效果的主要因素。 因此，对于吸附剂和洗脱剂的选择通常是结合在一起考虑的，不会单一的去考虑。 首先，对于吸附剂的初步选择，是根据待分离物质的分子结构和性质选择。 接着对于洗脱剂的选择是根据吸附剂与待分离物质的吸附能力来选择。 最后，先用薄层色谱法 进行试验，根据试验的结果在接下来调节吸附剂的活性大小，考虑是否跟换吸附剂的种类或者改变洗脱剂的极性，直到试验确定出最合适的吸附剂和洗脱剂为止。 因为吸附能力的大小不仅与吸附剂的活性有关，而且也和分子的极性有关。 极性越强的物质吸附能力也越强，具有下列极性基团的化合物，其吸附能力按下列次递增： Cl， Br， IC=COCH3CO2RCOCHOSHNH2OHCOOH。 唐 山 学 院 毕 业 设 计 9 众所周知，催化剂在国家的经济展中占有重要的作用，如果没有了催化剂，工业不可能发展的 如此之快 [1516]，没有了催化剂，化工合成及化工产品的生产将无法想象，催化剂使反应速度加快，使化工生产的经济效率变高，所以有了催化剂，才使得化工合成工业生产产值逐年提高，而固体酸催化剂是催化剂中的一种类型，相比于普 通催化剂而言，固体酸催化剂有更高的催化活性，不污染环境等特点，研究和开发固体酸催化剂有重大的意义。 所以固体酸催化剂的研究和开发是现代化学工业的核心同题之一，现代化学工业的巨大成就是同使用催化剂联系在一起的。 目前90%以上的化工产品，是借助催化剂生产出来的。 近年来的研究热点之一，是均相催化体系 的多相催化 [17]。 例如超细 ZrO2，因为它有自己特殊的物理和化学的表面结构和特性，使得其广泛被应用。 氧化锆的存在不仅使得催化剂的活性增加，并且可以将催化剂的寿命可以延长，但其热稳定性有待改进。 ZrO2最常见的类型是四方晶体，还有单斜晶系，但是只有四方晶有最高的酸性和催化活性。 但是温度过高会破坏四方晶。 所以这个缺陷导致 ZrO2 催化剂应用不广泛，特别是在一定条件下限制使用。 因此，为了提高氧化锆的性能，在很宽的温度范围内可稳定的四方相氧化锆，抑制单斜相的形成，需要加入一些其他的物质，例如加入二氧化钛，氧化铁等， 可以稳定四方相 ZrO2的存在，使用 B2O3，MgO， TiO2 分散在无机氧化物氧化锆的方法。 这些能够大大提高氧化锆复合氧化物的性质。 而这些催化剂与反应产物的分离依然是一个问题。 解决办法之一可以在催化剂中引入磁性物质。 固体酸催化剂如果引入磁性基质，使得催化剂带有磁性。 利用超强磁铁，可以轻松的将产物与催化剂分离。 使得催化剂与反应产物的分离变得更加容易。 这种固体酸催化剂的研究成功，成功的克服了液体酸催化剂容易污染环境，容易腐蚀设备，催化剂不容易回收，且活性低的缺点，对于化学工业的发展有很大的促进作用。 隋着时间的发 展，各种功能的固体酸催化剂逐渐被人们开发出来，其在。