磺化碳固体酸催化剂的制备及其催化性能的研究

以微晶纤维素(MCC)为原料制备了碳基磺酸化固体酸催化剂,用该磺化碳固体酸MCC进行糖化水解,考察其催化水解微晶纤维素的最优条件及碳化温度对催化剂催化活性的影响,并对其重复使用性及再生进行了研究。结果表明,反应温度180℃、反应时间6 h、催化剂用量0.15 g为最佳反应条件,最高糖产率为68.71%;400℃为最佳碳化温度。催化剂重复使用后,由于表面磺酸基团的脱落其活性有所下降,可以通过再磺化得到恢复。     

亚/超临界乙醇-水体系中磺化碳固体酸催化液化玉米秸秆

以微晶纤维素为原料,通过炭化和磺化制备了一种磺化碳固体酸催化剂,利用红外光谱和扫描电镜等方法对其进行了表征。研究了该催化剂在亚/超临界乙醇-水溶剂中针对玉米秸秆的催化液化性能,考察了反应温度、催化剂用量、乙醇/水体积比等因素对生物油得率的影响。结果表明:在反应温度320℃、催化剂用量为原料质量分数的6%、乙醇/水体积比为1/1、反应时间3 h条件下,生物油得率可达52%。     

碳基固体酸催化废弃油脂合成脂肪酸甲酯

在碳基固体酸催化下,废弃油脂与甲醇反应合成生物柴油。系统考察了反应时间、甲醇与废弃油脂的配比、碳基固体酸用量及催化剂重复使用等因素对反应的影响。结果表明,具有疏水表面的碳基固体酸对废弃油脂与甲醇的反应具有很好的催化性能,可以一步同时催化废弃油脂中的游离脂肪酸与甲醇的甲酯化以及甘油三酯与甲醇的酯交换反应,具有反应条件温和,催化活性高等优点。     

固体酸催化酯水解制备有机膦酸

以SO_4~(2-)/M_xO_y型固体酸作为水解催化剂,对2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸五甲酯水解制备2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸(PBTCA)的反应进行了研究,探讨了催化剂加入量、水酯比、反应温度以及反应时间对水解转化率的影响,确定了反应的最佳工艺条件。结果表明,以SO_4~(2-)/M_xO_y型固体酸催化水解PBTC五甲酯,能有效缩短水解反应时间,提高产品质量,并且催化剂活性高、用量少,产品经~(31)PNMR谱测定,PBTCA物质的量分数达91.6%。     

碳基固体酸催化Micheal加成反应的研究

碳基固体酸催化剂以其优良的催化活性和较强的选择性等优点,被广泛地应用到催化化学的各个领域,成为当前热点催化剂之一。通过水热碳化呋喃甲醛与羟乙基磺酸,合成了一类新型碳基固体酸材料,并以其为催化剂,进行Micheal加成反应。     

玉米秸秆衍生碳基固体酸的制备及其催化纤维素水解糖化

以玉米秸秆为原料,通过碳化-磺化法制备了碳基固体酸（CSA）,采用XRD、FTIR、XPS、SEM、阳离子交换与返滴定法等手段对其结构形貌进行表征,并考察了制备条件对固体酸表面活性基团含量与催化活性的影响。以NaOH/尿素冻融预处理后的纤维素为底物,研究了CSA催化纤维素水解糖化的效果与条件。结果表明：NaOH/尿素冻融预处理能够有效辅助固体酸催化纤维素水解,在350℃碳化2h、100℃磺化5h条件下制备的CSA催化性能最好,其酸量达3.94mmol/g,其中磺酸基、羧基、酚羟基含量分别为1.09mmol/g、1.36mmol/g、1.49mmol/g。在m(CSA)∶m(纤维素)=3∶1、水解温度200℃、水解时间为0.5h的条件下,纤维素水解还原糖得率与转化率分别为47.1%和63%。CSA循环利用3次催化活性下降不大。本研究可为废弃生物质原料制备的固体酸催化纤维素水解转化利用提供科学参考。     

碳基固体酸催化柠檬酸三丁酯的合成

研究了碳基固体酸催化柠檬酸与正丁醇酯化反应合成绿色增塑剂柠檬酸三丁酯的反应过程。考察了反应时间、酸醇的配比、碳基固体酸用量等因素对反应的影响。结果表明,当柠檬酸与正丁醇物质的量比为1:4.5,催化剂用量为3.0 g/1 mol柠檬酸,反应4.0 h,转化率在99%以上,以上表明,碳基固体酸对柠檬酸三丁酯的反应有较好的催化性能。     

碳基固体酸催化合成乙酰水杨酸

以淀粉和对甲苯磺酸为原料合成了碳基固体酸催化剂,并采用FTIR、TG、BET、SEM和EDS对催化剂进行了表征。研究了催化剂对乙酰水杨酸合成反应的催化活性,并比较了常规加热和微波加热方式对反应的影响。通过单因素试验确定了较佳工艺条件为：乙酸酐与水杨酸物质的量比为1.5∶1,催化剂用量为水杨酸质量的5.8%,反应时间25 min,反应温度76～80 ℃。常规加热条件下收率82.1%,使用5次后,收率仍保持在78.2%。碳基固体酸催化剂在常规加热条件下催化性能和重复使用性能均优于微波加热条件反应。     

固体酸催化合成邻苯二甲酸二丁酯的研究

以苯酐和正丁醇为原料,用自制的SO4^2-/SiO2、SO4^2-/Fe2O3、SO4^2-/SnO2及固体铁系为催化剂,催化合成邻苯二甲酸二丁酯（DBP）,分别考察固体酸催化剂的种类、固体酸催化剂的用量、醇酐摩尔比和反应时间等因素对合成DBP产率的影响。试验结果表明,其中SO42-/SnO2催化剂催化活性高。在苯酐0.1 mol（14.8 g）、固体酸催化剂m（SO4^2-/SnO2）/n（苯酐）为16（g/mol）、醇酐摩尔比2.5、带水剂二甲苯200[mL/mol（苯酐）]、反应时间4.0 h的条件下,其产率达94.0%以上,寿命长、可多次重复使用、产物易纯化分离、且产品色泽浅等优点,可望代替传统浓硫酸作催化剂应用于DBP的合成。     

SO4^2-／Ti-MCM-41固体酸催化半纤维素水解动力学研究

用水热法制备了SO4^2-／Ti-MCM-41固体酸催化剂,用X射线衍射分析（XRD）及N2吸附一脱附对催化剂进行了表征。研究了温度和时间对SO4^2-／Ti-MCM-41固体酸催化水解半纤维素的影响,采用Garrote模型模拟水解过程并进行动力学研究。模拟结果表明,Garrote模型能较好地描述介孔分子筛催化剂催化水解半纤维素过程。半纤维素、还原糖和糠醛的降解反应活化能分别为93．05、91．54和81．67kJ／mol。根据实验结果和模拟结果可得到最佳水解条件为：反应物固液比为1：60,催化剂质量分数为20％,反应温度为160℃,水解时间10min。     

Hydrolysis of sugars catalyzed by water-tolerant sulfonated mesoporous silicas

Mesoporous silicas are modified with sulfonic acid groups either by one-pot or by grafting method. In the hydrolysis of sucrose and starch, the sulfonated mesoporous silicas work as water-tolerant recyclable solid acid catalysts, showing higher conversion and turnover frequency than conventional Amberlyst-15, Nafion-silica and HZSM-5 catalysts.     

磺化聚芳醚酮酮催化合成顺丁烯二酸二丁酯

以交联的聚芳醚酮酮和20％发烟硫酸合成了磺化聚芳醚酮酮树脂，并用于顺丁烯二酸酐和正丁醇的催化酯化，最佳条件：醇：酐为2．5：1（物质的量比）；催化剂用量为2．5g，反应温度140－150℃，反应时间7h ，酯化率96．4％。气相色谱分析结果：顺丁烯二酸二丁酯的含量达99．96％，催化剂易回收且可重复使用。     

Water removal by reactive stripping for a solid-acid catalyzed esterification in a monolithic reactor

Solid-acid catalysts are attractive replacements for processes using conventional homogeneous catalysts. In the esterification of an alcohol with a carboxylic acid, however, the side product water strongly inhibits the activity of a solid-acid catalyst. Since an esterification is an equilibrium limited reaction, full conversion is not possible unless one of the products is removed. A novel reactor type, utilizing a solid-acid catalyst coated monolith, is presented in which water can be removed from the liquid reaction mixture by means of reactive stripping. In this manner the inhibition is eliminated and complete conversion can be reached. The advantages of this reactor concept are demonstrated by both experiments and reactor modeling.     

磺化炭催化制备环己烯

以活性炭磺化制得的磺化炭为催化剂,环己醇为原料制备环己烯。通过考察反应温度、催化剂用量、催化剂重复使用次数对反应时间与环己烯产率的影响,得出反应的优化条件为:环己醇20 g,反应温度180℃,催化剂用量为环己醇质量的15%。在优化条件下环己烯的产率可达到89%,反应时间约为1 h。磺化炭催化剂重复使用6次后环己烯的产率仍在80%以上。产品经过红外光谱表征。     

新型磺化竹炭材料催化酯化反应

以竹粉为原料、对甲苯磺酸为磺化剂,一锅法制备合成了新型磺化竹炭材料(SBC)。利用元素分析、酸碱反滴定、热重分析(TGA)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)和傅里叶红外(FTIR)等对所制备的SBC进行了表征。以乙酸和正丁醇的酯化反应为探针反应,评价了SBC的催化作用,考察了催化剂用量、反应温度、酸醇摩尔比等的影响。结果表明,在反应温度为80℃、反应时间4 h、SBC用量为正丁醇质量的10%、酸醇摩尔比为3.5:1的适宜条件下,正丁醇转化率达到91.8%,选择性99.5%。SBC重复使用5次,正丁醇转化率仍可达80%以上。此外,SBC催化其他酯化反应体系的实验结果表明,SBC催化活性接近或优于商品离子交换树脂Amberlyst-15。     

炭基固体磺酸催化剂的制备及其催化活性研究

以竹材为原料,硫酸为磺化剂,通过炭化-磺化法制得竹炭基固体磺酸催化剂,并用于癸二酸和正丁醇的酯化反应,考察了制备条件对催化剂活性的影响.采用傅里叶红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜仪（SEM）及热失重分析（TGA）等手段对催化剂进行表征.结果表明,在炭化温度325℃下炭化1h,磺化温度125℃下磺化1h制得的催化剂,其含酸量可达到1.4 mmol/g,在催化癸二酸和正丁醇的酯化反应中,转化率高达99％,此时催化剂的催化活性最高,且催化剂可循环多次利用.此竹炭基固体磺酸催化剂具有无定形炭结构,热稳定性可达230℃.     

Synthesis of vertically-aligned carbon nanotubes without a catalyst by hydrogen arc discharge

Vertically-aligned carbon nanotubes (CNTs) were prepared by hydrogen arc discharge, using pure graphite powder as carbon source without catalysts added. Scanning and transmission electron microscopy characterizations show that the aligned CNTs have a bamboo-like structure, and their lengths and diameters are about 30 μm and 40–60 nm, respectively. No metallic impurities can be detected in the samples by careful X-ray photoelectron spectroscopy detection. The activation of hydrogen radicals, the heating effect of the arc, and the electric field surrounding the arc column area are considered to play important roles for the non-catalyst growth of the CNTs.     

Highly efficient synthesis of carbon nanocoils by catalyst particles prepared by a sol-gel method

Carbon nanocoils (CNCs) have been synthesized by thermal chemical vapor deposition (CVD) using Fe-Sn-O catalyst prepared by a sol-gel process. Three kinds of catalyst precursors, Fe₂(SO₄)₃/SnCl₂, FeCl₃/SnCl₂ and Fe(NO₃)₃/SnCl₂, were selected. It is found that the catalyst prepared by the combination of Fe₂(SO₄)₃/SnCl₂ exhibits the highest catalytic activity, which would be resulted from a small amount of sulfur existing in the catalyst. The highest yield of carbon deposits (mass ratio of deposits to catalysts) is 2510 wt.%. The synthesized CNCs are composed of hollow tubules with average coil diameter and line diameter of approximately 500 and 300 nm, respectively. It is also found that the growth of CNCs is greatly affected by reaction conditions, such as reaction time and temperature. Raman spectral analysis indicates that the higher flow rate of acetylene, the more graphite structures in CNCs.