改性多金屬氧酸鹽的液相氧化體系的研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、多金屬氧酸鹽(多酸)作為氧化催化劑已被廣泛應用于各種均相和非均相催化體系中。多酸非常重要的一個優(yōu)點就是它的催化性能可以方便地通過改變反荷陽離子、雜原子和多原子來調節(jié);另一優(yōu)點是具有良好的熱穩(wěn)定性,可適用于300~350℃的催化反應環(huán)境。但多酸在實際應用中也存在著不可回避的問題:作為均相催化劑,其不易從體系中回收;作為非均相催化劑,其表面積比較低。解決上述問題對多酸的推廣應用具有重要的意義。 本文首先采用有機季銨鹽修飾多酸得到了反

2、應控制相轉移磷鉬酸鹽催化劑Q3PMo4O16(Q=[C7H7N7N(CH3)3]+)。在氧化劑H2O2的作用下,不可溶的Q3PM04O16可轉變?yōu)榭扇艿拇呋钚灾行腝3PM04024而進入反應溶液參與催化反應;當反應結束H2O2消耗完畢后,催化劑又恢復為Q3PM04016而從體系中沉淀出來。這樣催化劑在反應過程中既表現(xiàn)出了均相催化的特點,而在反應結束后又可以像非均相催化劑那樣方便地被回收。將此催化劑應用于醇類液相催化氧化反應中,發(fā)現(xiàn)其對

3、芳香醇和脂肪族仲醇的催化活性高于脂肪族伯醇。當H2O2與苯甲醇的摩爾比為0.75時,苯甲醇基于H2O2的轉化率可以達到92.8%,主產物苯甲醛的選擇性大于99%,反應后催化劑的回收率為87.6%(wt%),同時催化劑循環(huán)使用三次其催化活性無明顯降低。 制備了另一種反應控制相轉移磷鎢酸鹽催化劑Q9PW9O34(Q=[(C7H7N(CH3)3]+)。FT-IR和31p NMR的表征結果表明:這種催化劑在H2O2的作用下可降解為更小的

4、可溶的活性物種[PW4O24]3-,當H2O2消耗掉時,活性物種又可轉變?yōu)槌跏嫉牟蝗苄缘拇呋瘎┒鴱捏w系中沉淀出來。將催化劑應用于苯甲醇的液相氧化反應中,當H2O2與苯甲醇的摩爾比為0.9時,反應0.5 h,苯甲醇基于H2O2的轉化率不低于95.0%,苯甲醛的選擇性都大于99%,同時催化劑循環(huán)使用三次其催化活性得到良好的保持。 通過動力學實驗,得到了Q3PMoO16和Q9PW9O34催化氧化苯甲醇的反應速率方程分別為:dc/dt=

5、k[BzOH][Q3PMo4][H2O2]和dc/dt=k[BzOH]0.5[Q9Pw9]0.5[H2O2]0.5,兩個催化體系的反應活化能分別為48.6kJ/mol和27.0 kJ/mol。并建立了Q3PM04016催化體系的動力學數(shù)學模型。 以季銨化的雜萘聯(lián)苯基聚芳醚砜酮(QAPPSK)為載體,負載一系列雜多陰離子得到了非均相化的雜多酸催化劑。當反應物與H2O2的摩爾比為1:1時,在液相催化氧化苯甲醇的反應中,催化劑QAPP

6、ESK-PW9的活性最高,反應6 h,苯甲醇的轉化率為92.1%,苯甲醛的選擇性為98.2%;而在環(huán)己烯的氧化反應中QAPPESK-PMo4是較合適的催化劑,反應4 h,環(huán)己烯的轉化率為95.7%,環(huán)氧環(huán)己烷的選擇性為96.0%。對QAPPESK-PW和QAPPESK-PMo4進行FT-IR、XRD和TG表征,分析結果顯示:雜多陰離子均以分子水平均勻地分布在載體上,其在聚合物表面并未形成結晶相;聚合物載體和雜多陰離子的結構在反應后都得到

7、了很好的保持。將QAPPESK-PW9和QAPPESK-PMo4分別循環(huán)使用五次,其催化活性無明顯降低,催化劑均未發(fā)生明顯的雜多陰離子溶脫現(xiàn)象。將交聯(lián)聚苯乙烯D201作為負載[PW9034]9-和[PMo4O24]3-的載體,通過FT-IR、UV、XRD、TG和EPMA的詳細表征:發(fā)現(xiàn)雜多陰離子同樣是以分子水平負載到載體上,并無明顯的堆積現(xiàn)象;在反應中,載體和雜多陰離子都表現(xiàn)出了良好的穩(wěn)定性,其結構在反應后并未發(fā)生變化。其中D201-P

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