固體超強酸催化劑及合成油酸醇酯的研究.pdf

1、近年來，由于人們對環(huán)境的保護意識增強，加上油脂產品本身具有的低毒性、低刺激性及易于生物降解的優(yōu)點，采用油酸為原料合成表面活性劑開始越來越受到重視。油酸是最重要的一烯酸。它存在于一切天然油脂中，大約占天然脂肪酸總量的50％以上。它是液體植物油的主要組成部分。油酸聚乙二醇酯、油酸高碳醇酯是兩類重要的工業(yè)反應中間體，若進一步衍生化，可合成各類表面活性劑、潤滑油、油品添加劑等。因此具有廣泛的工業(yè)應用價值。為適應當代環(huán)境保護的要求，化學工業(yè)必須走

2、可持續(xù)發(fā)展之路，這就要求這兩類酯化反應采用新型的環(huán)境友好催化劑以取代傳統(tǒng)的液體酸催化劑，同時提高產品的質量，增加可生物降解的單酯選擇性，防止生產過程及產品對環(huán)境造成污染。取代傳統(tǒng)液體酸催化體系的途徑，主要集中在催化劑的選擇上，其中包括多種無機固體酸和有機固體酸，目前這些固體酸催化材料存在的主要缺點是反應選擇性不高、反應條件苛刻以及催化劑易失活等問題。 本論文工作選取了氧化鋯單組分、雙組分、稀土負載固體超強酸催化材料加以研究?？疾?/p>

3、制備過程中各種影響因素的作用，并對所制備的催化劑進行酸強度分析、元素分析、傅立葉變換紅外光譜分析、以X射線粉末衍射、掃描電鏡等手段進行表征，將所制備的新型催化材料應用于油酸與聚乙二醇/高碳醇酯化反應，研究反應過程中各種條件參數(shù)的影響，以期達到提高反應轉化率和選擇性、提升產品質量、優(yōu)化反應條件以及催化劑高效優(yōu)質的研究目的。 研究的主要內容及基本結論如下：在氧化鋯固體超強酸催化劑的制備系統(tǒng)研究中，考察了鋯鹽濃度、堿化過程中的pH、氯

4、離子存在與否、所用氧化鋯的晶態(tài)、酸促進劑的濃度、時間及處理方式、煅燒的溫度與時間、沉淀陳化的溫度和時間等制備條件。最終制得樣品催化性能的系統(tǒng)實驗研究結果表明，沉淀pH、氧化鋯的晶型、硫酸促進劑的濃度和處理方式、煅燒的溫度和時間是制備過程中的關鍵因素，對催化劑的活性起決定性作用。對于油酸和醇的酯化反應，固體超強酸SZ催化劑較適宜的制備條件為鋯鹽濃度取氧氯化鋯的過飽和溶液、堿化時調節(jié)pH在10左右，制備無定形ZrO2載體，以0.5mol/L

5、的硫酸促進劑經超聲波處理，并在550℃溫度下煅燒3h，能夠制得具有較高催化活性的固體超強酸材料。 以自制的固體超強酸SZ為催化劑，催化合成油酸聚乙二醇單酯、油酸高碳醇酯，在油酸聚乙二醇的酯化反應中，酸醇摩爾比為n(油酸)：n(聚乙二醇)=1.0：1.0，反應時間6h，反應溫度120℃，真空表壓力0.1MPa。催化劑用量為w(SZ)=0.07％(以油酸質量計)。在此條件下生成物為單酯，產率達90％以上，無雙酯生成。并克服了其它固體

6、超強酸一次使用完全失活的缺點；在油酸高碳醇的酯化反應中，酸醇摩爾比為n(油酸)：n(高碳醇)=1.0：1.05，反應時間6h，催化劑用量為w(SZ)=0.11％(以油酸質量計)。反應溫度130℃，真空表壓力隨反應進行從0.04MPa逐漸升高到0.1MPa，在此條件下得最佳的實驗結果，酯的產率達80％以上。催化選擇性為99.89％。優(yōu)于目前使用的H2SO4等液體酸。 由上述結論可見，針對油酸和聚乙二醇的酯化反應、油酸和高碳醇的酯化