固体超强酸催化剂S2O82-/ZrO2-M2O3（M=Al,Fe）制备5-羟甲基糠醛

研制了固体超强酸催化剂S2O82-/ZrO2-M2O3（M= Al, Fe）, 并以赤砂糖为原料,催化水解法制备5-羟甲基糠醛。通过单变量法考察了催化剂的焙烧时间、赤砂糖浓度、反应温度、反应时间、催化剂的用量等对5-羟甲基糠醛相对收率的影响,并采用了正交实验来确定最佳工艺条件。研究结果表明：当催化剂的焙烧时间为120 min、赤砂糖浓度为10 g/L、反应温度为200 ℃、反应时间为40 min、催化剂用量为赤砂糖量的15%时,5-羟甲基糠醛相对收率最大,达到41.43%。     

固体酸催化剂MxOy-ZrO2-Al2O3催化果糖分解制备5-羟甲基糠醛的研究

采用溶胶-凝胶法制备了MxOy-ZrO2-Al2O3固体酸催化剂,通过催化果糖分解制备5-羟甲基糠醛(5-HMF)的反应对催化剂的催化性能进行评估.结果表明,相对于其他MxOy-ZrO2-Al2O3催化剂,La2O3-ZrO2-Al2O3具有更高的催化活性.在其催化作用下,于120℃与二甲基亚砜溶液反应75 min,5-HMF的收率高达74.91％,生成5-HMF的选择性为77.71％.研究发现La2O3-ZrO2-Al2O3的晶体结构对催化活性有着显著影响,随着催化剂由高结晶结构向无定形转变时,其催化活性出现大幅度减弱.此外,La2O3-ZrO2-Al2O3还具有优异回收性能,重复使用2次后其催化活性几乎保持不变.     

5-羟甲基糠醛在稀硫酸催化下的降解反应动力学

5-羟甲基糠醛脱羧生成乙酰丙酸是生物质资源出发制备乙酰丙酸过程中的关键步骤之一。为了研究低硫酸浓度下水解生物质制备乙酰丙酸工艺的可行性,系统地测定了在压力5 MPa、初始浓度1～9 mg·ml^-1、硫酸浓度0.05%～0.4%（质量分数）、温度150～190℃条件下,5-羟甲基糠醛在稀硫酸催化下的降解反应动力学数据,并以主反应生成乙酰丙酸、副反应生成腐黑质的平行反应动力学模型对数据进行了拟合,拟合结果表明,在实验范围内,主、副反应对5-羟甲基糠醛均为一级反应;主反应对H⁺浓度为1.16级,反应的活化能为78.5 kJ·mol^-1;副反应对H⁺浓度为0.722级,反应的活化能为98.0 kJ·mol^-1。研究结果表明,降低温度和提高硫酸浓度有利于提高生成乙酰丙酸的选择性。     

ZrO_2-Al_2O_3负载催化剂减压精馏催化酯化生物质裂解油(英文)

以ZrO2-Al2O3作为催化剂载体,分别制备了SO2-4/ZrO2-Al2O3、NaOH/ZrO2-Al2O3、ZrO2-Al2O33种固体催化剂,并采用酯化后3A分子筛除水和减压反应精馏两种方法精制生物质裂解油。结果表明,在分别使用SO2-4/ZrO2-Al2O3,NaOH/ZrO2-Al2O3,ZrO2-Al2O33种催化剂的条件下,酯化后3A分子筛除水的方式,可以将产品的含水率降至19.6%、18.3%和15.6%,而反应精馏可以将产品含水率分别降低至4.8%、5.4%和3.8%,较之前者效果更加明显。另外,对于3种不同性质的催化剂,结合酯化度计算式,对催化生物油酯化效果进行评价,可知其催化活性为:SO2-4/ZrO2-Al2O3NaOH/ZrO2-Al2O3ZrO2-Al2O3。最后,将得到的油品性质进行检测(包括黏度、pH值、密度和热值等),各项结果表明,使用硫酸化催化剂,并采用减压反应精馏的酯化方式可以制备出一种性能优良的液体燃料。     

环境友好催化剂催化葡萄糖水解的研究

研究了n(SiO₂)∶n(Al₂O₃)=20～25的ZRP-5分子筛（催化剂1）、n(SiO₂)∶n(Al₂O₃)=30的ZRP- 5分子筛（催化剂2）、甲酸、液态水四种催化剂分别催化葡萄糖水解。研究发现,葡萄糖水解机理复杂,产物众多,水解主产物为乙酰丙酸(LA),同时还有5 羟甲基糠醛(HMF)、果糖、乳酸、甲酸、呋喃甲醛等副产物生成。不同的催化剂对葡萄糖的转化率影响不大,但各个反应产物收率相差很大。HMF的生成比较容易,而LA的生成相对困难。ZRP-5分子筛催化剂对LA具有良好的选择性。     

固体超强酸SO_4~(2-)/Fe_2O_3-Al_2O_3-SiO_2的制备及其催化性能

采用共沉淀法制备了不同比例的SO42-/Fe2O3-Al2O3-SiO2固体超强酸,并将其用于生物质的催化水解制备乙酰丙酸。实验结果发现:焙烧时间、硫酸浸渍浓度对催化剂的性质有影响,焙烧时间越短,比表面积越大,焙烧温度为400℃比表面积最大。将固体超强酸作催化剂用于生物质(蔗糖、甘蔗渣和玉米芯)催化水解制乙酰丙酸,结果发现焙烧温度在600℃,焙烧时间在4小时条件制备的催化剂得到乙酰丙酸的产率也较高。     

固体酸SO42-/ZrO2催化蔗糖制备乙酰丙酸乙酯

采用沉淀-浸渍法制备了一系列不同焙烧温度的SO42-/ZrO2固体酸催化剂,考察了其催化转化蔗糖制备乙酰丙酸乙酯的反应活性。反应过程条件如催化剂用量、反应温度、反应时间以及催化剂重复使用对产物得率的影响进行了研究。结果表明合适的工艺条件为:催化剂焙烧温度600℃、催化剂添加的质量分数为2.5%、反应温度200℃和反应时间2 h。该条件下蔗糖几乎完全转化,乙酰丙酸乙酯得率(摩尔分数)最高达36.6%。回收的SO42-/ZrO2催化剂焙烧后在多次重复使用过程中仍然表现出较好的催化活性。X射线衍射仪(XRD)和NH3-程序升温脱附法(NH3-TPD)分析表明,随着重复使用次数的增加,SO42-/ZrO2的晶形结构基本保持不变,酸强度和总酸量稍微有所下降,主要酸性仍保留。本研究为生物质基化学品乙酰丙酸乙酯的制备提供了一条有效的、环境友好的途径。     

ZrOCl2催化琼脂糖制备5-羟甲基糠醛和乙酰丙酸

以琼脂糖为原料,分别采用CuCl₂、NiCl₂、MnCl₂、MgCl₂、FeCl₃、AlCl₃、ZrOCl₂、SnCl₄为催化剂催化转化制备5-羟甲基糠醛（5-HMF）和乙酰丙酸（LA）,筛选适用于琼脂糖转化的优选催化剂,并对制备条件如溶剂含水量、催化剂用量、反应温度以及反应时间等影响因素进行了考察。研究结果表明：以50mg琼脂糖为原料,ZrOCl₂为催化剂,二甲基亚砜（DMSO）为反应溶剂,在1 mL DMSO/H₂O（体积比为8:2）混合溶剂中,ZrOCl₂用量为琼脂糖中单糖物质的量的10%,140℃下反应60 min,5-羟甲基糠醛（5-HMF）的得率为26.9%,乙酰丙酸（LA）的得率为24.7%。对制备机理分析表明：反应过程中琼脂糖首先水解为醛型单糖,然后在催化剂作用下醛型单糖异构化再脱水转化为5-HMF,部分5-HMF在酸的作用下进一步转化为LA。     

强酸性树脂催化下六元糖降解反应动力学

开展了以固体酸替代无机酸降解模型物质六元糖的研究。利用小型高压反应釜测定了在130～160℃范围内Amberlyst 35W和36W树脂催化下葡萄糖和果糖的降解反应动力学,结果表明35W树脂的加入对葡萄糖异构化成果糖的速率影响较小,但可提高果糖脱水生成中间产物5-羟甲基糠醛以及5-羟甲基糠醛脱羧生成乙酰丙酸的速率,从而提高产物乙酰丙酸的收率;在0.2 g 35W树脂催化下,葡萄糖和果糖的降解反应活化能分别为111、97.0 kJ·mol^-1。Amberlyst 36W与35W具有相似的催化活性,同时Amberlyst 35W和36W在实验条件下可以重复使用。该研究结果证实了用耐水型强酸性树脂替代现有的无机酸催化制备乙酰丙酸的可能性。     

固体超强酸催化异丁苯酰基化反应研究

制备了SO42-/ZrO2、SO42-/TiO2等一系列固体超强酸催化剂,并将催化剂用于以异丁苯和氯代丙酰氯为原料催化合成布洛芬中间体——对异丁基氯代苯丙酮,其中SO42-/ZrO2型固体超强酸的催化活性最高。引入一定量的氧化铝对SO42-/ZrO2固体超强酸进行改性,探讨了Al引入量的不同对催化剂活性的影响,并采用XRD、BET等方法对改性后的催化剂进行表征。结果表明,Al的引入不仅增加了催化剂的比表面积,而且使活性四方相ZrO2更加稳定。当Al摩尔掺杂量为4%时制得的SO42-/ZrO2-Al2O3催化剂活性最高,且具有较好的重复使用性。     

氧化铝对固体超强酸催化萘齐聚反应的影响

按不同 Zr/Al将 Al2 O3 引入 SO42 -/Zr O2 中制备固体超强酸催化剂 SO42 -/Zr O2 -Al2 O3 ,并将所得固体超强酸应用到萘齐聚反应中以制备中间相沥青 .用热台偏光显微镜观察了固体超强酸 SO42 -/Zr O2 及 SO42 -/Zr O2 - Al2 O3 在焙烧过程中形态结构变化及晶相转变过程 .研究发现 ,Al2 O3 引入量对固体超强酸 SO42 -/Zr O2 - Al2 O3 晶相转变温度产生影响 ;适量 Al2 O3 的引入使催化剂中 SO42 -分解温度有较大提高 ;催化剂的 TG- DTG曲线也有所变化 .固相超强酸焙烧温度和引入 Al2 O3 比例影响了萘转化率 .红外光谱分析表明 ,两种固体超强酸催化所得萘齐聚物结构基本相同     

微波诱导稀土复合固体超强酸SO4^2-／ZrO2-Nd2O3催化合成乙酸苄酯

以新型稀土复合固体超强酸为催化剂，在微波辐射下苯甲醇和乙酸反应合成了乙酸苄酯，探索反应各因素对酯化率的影响。实验结果表明：SO4^2-／ZrO2-Nd2O3具有较高的催化活性。最佳反应条件为：醇酸摩尔比2．0（乙酸用量为0．2mol前提下），催化剂用量为1．8g，带水剂环己烷12mL，微波辐射功率550W，辐射时间25min，酯化率可达96．3％。该催化剂易于回收且可重复使用，具有良好的活性稳定性。     

Zr02-A1203负载催化剂减压精馏催化酯化生物质裂解油

以Z102-A1203作为催化剂载体,分别制备了SO^2-4／ZrO2-Al2O3、NaOH/Zr02-Al2O3、ZrO2-Al2O33种固体催化剂,并采用酯化后3A分子筛除水和减压反应精馏两种方法精制生物质裂解油。结果表明,在分别使用SO^2-4／ZrO2-Al2O3、NaOH/Zr02-Al2O3、ZrO2-Al2O333种催化剂的条件下,酯化后3A分子筛除水的方式,可以将产品的含水率降至19．6％、18．3％和15．6％,而反应精馏可以将产品含水率分别降低至4．8％、5．4％和3．8％,较之前者效果更加明显。另外,对于3种不同性质的催化剂,结合酯化度计算式,对催化生物油酯化效果进行评价,可知其催化活性为：SO^2-4／ZrO2-Al2O3、NaOH/Zr02-Al2O3、ZrO2-Al2O33。最后,将得到的油品性质进行检测（包括黏度、pH值、密度和热值等）,各项结果表明,使用硫酸化催化剂。并采用减压反应精馏的酯化方式可以制备出一种性能优良的液体燃料。     

S_2O_8~(2-)/ZrO_2-Al_2O_3-TiO_2固体超强酸的制备及催化活性研究

本文采用单因素实验法,研究了固体超强酸催化剂S2O82-/ZrO2-Al2O3-TiO2的制备工艺。结果表明,S2O28-/ZrO2-Al2O3-TiO2的最佳制备条件为:n(Zr)∶n(Al)∶n(Ti)=1∶3∶1,(NH4)2S2O8浸渍液浓度0.5mo.lL-1,浸渍时间2h,焙烧温度300℃,焙烧时间6h。此外,用红外光谱对固体酸进行了结构表征,以乙酸正丁酯的酯化反应对其酸催化活性进行了初步研究。     

SO4^2-／ZrO2催化葡萄糖水解制乙酰丙酸研究

用沉淀-浸渍法制备了SO4^2-／ZrO2固体酸催化剂并应用于葡萄糖水解制乙酰丙酸的反应。采用正交实验确定了适宜的反应条件。采用单因素实验考察了沉淀pH、硫酸浸渍液浓度、焙烧温度和焙烧时间对乙酰丙酸收率的影响。实验结果表明,适宜的反应条件是葡萄糖浓度为3g／L、催化剂用量为2g／L、反应温度为180℃、反应时间为6h;适宜的制备条件为：沉淀pH等于9、硫酸浸渍液浓度等于0．6mol／L、焙烧温度为500℃、焙烧时间为6h。     

复合纳米固体超强酸SO4^2-／ZrO2-Al2O3-SiO2的制备及催化合成乙酸戊酯的研究

制备了纳米级复合固体超强酸SO4^2-／ZrO2-Al2O3-SiO2催化剂,研究了其对乙酸和正戊醇酯化反应的催化作用,确定了反应的最佳条件：复合氧化物中n（Zr）：n（AD：n（Si）=1：4：1,浸渍液（NH4）2SO4浓度为2mol/L,600℃焙烧3h,n（酸）：n（醇）=1：1．4,催化剂用量为反应物料总质量的4．4％,在130℃下反应6h,乙酸戊酯的收率为89．13％。并通过XRD、IR、流动Hammer指示剂法以及TEM法对催化剂进行了表征,该催化剂的酸强度为-12．70〈Ho≤-11．99。     

固体超强酸催化剂S2O2-8/Fe2O3-Al2O3的制备及其酯化性能

以硝酸铁为铁源、硝酸铝为铝源,通过共沉淀法制备固体超强酸催化剂S₂O^2-₈/Fe₂O₃-Al₂O₃。通过催化剂样品的FT-IR谱图、不同焙烧温度催化剂样品的XRD谱图、不同陈化温度的N2吸附-脱附曲线以及催化剂样品的SEM照片,研究了其晶体的形成过程。催化剂样品红外谱图表明,催化剂中的S=O有较强的共价双键特征,诱导催化剂形成超强酸性;在XRD谱图中既无Al₂O₃的晶相峰,也无Fe₂(SO₄)₃晶相峰,说明Al₂O₃与Fe₂O₃ 在催化剂样品的表面形成了Al₂O₃-Fe₂O₃ 共价键的复杂结构。采用BET方程和BJH模型计算催化剂样品的比表面积和孔径分布,经冰水陈化的催化剂样品平均孔径为9.1 nm,最可几孔径为7.5 nm,比表面积为78.9 m²·g^-1,孔容0.149 cm³·g^-1。研究了催化剂的铁与铝物质的量比、(NH₄)₂S₂O₈浸渍浓度和不同焙烧温度对硬脂酸正丁酯酯化率的影响。在反应温度85 ℃、催化剂用量0.2 g (为反应物总质量的2%)和回流反应150 min的条件下,酯化率可达84.5%。     

SO4^2-／ZrO2-Al2O3固体酸催化合成生物柴油

合成了固体酸催化剂SO4^2-／ZrO2-Al2O3并用于催化合成生物柴油。考察了催化剂摩尔比、焙烧时间、催化剂的硫酸浸渍浓度和回流时间对产率的影响,确定了最佳反应条件。     

SO42-/Al2O3-ZrO2/SBA-15固体酸催化合成棕榈酸甲酯

将Al(NO3)3.9H2O,Zr(NO3)4.5H2O与活化后的主体材料SBA-15分子筛通过尿素水解的方法,制备了改性SBA-15分子筛,进一步用硫酸浸渍处理改性分子筛以增强分子筛表面的酸活性中心。并采用红外光谱、扫描电镜、透射电镜等分析方法对试样进行了表征,结果表明,制得的催化剂SO24-/Al2O3-ZrO2/SBA-15仍然保持高度有序的介孔一维六角结构。并将其催化剂用于棕榈酸与甲醇的酯化反应中,采用正交实验确定较佳的工艺条件为:催化剂用量为1.2 g,n(棕榈酸)∶n(甲醇)=1∶12,反应时间为9 h,此条件下棕榈酸甲酯的反应收率可以达到82.3%,实验表明所合成的固体酸催化剂具有良好的催化性能。     

SO42-/TiO2及S2O82-/TiO2催化剂的制备及表征

制备了纳米级固体超强酸SO42-/TiO2、S2O82-/TiO2,以及MCM-41负载的SO42-/ZrO2.利用X射线衍射、氮吸附-脱附和原位吡啶吸附红外等表征方法,并通过对假性紫罗兰酮催化环化反应的初步考察,从结构、酸性和催化活性等方面对三种催化剂进行了比较分析.结果表明,所制备的SO42-/TiO2和S2O82-/TiO2催化剂不但具有小于7.0nm的纳米级晶粒、高于140cm2·g-1的比表面积、以及约4 nm的相对规整的介孔结构,还保持了单纯而完善的锐钛晶型和较强的酸活性.与SO42-/ZrO2/MCM-41主要表现为Lewis酸性不同,SO42-/TiO2和S2O82-/TiO2主要以Bronsted酸性为主,其中采用硫酸为促进剂制备的SO42-/TiO2具有最强的Bronsted酸性,而采用过硫酸根作为促进剂则使S2O82-/TiO2产生较SO42-/ZrO2/MCM-41更强的Lewis酸中心.研究发现,SO42-/TiO2和S2O82-/TiO2对假性紫罗兰酮催化环化反应具有远高于SO42-/ZrO2/MCM-41的酸催化活性,其活性差异源于不同的酸性本质,而催化剂中较多强Bronsted酸中心的存在有利于需要质子参与的环化反应的进行.