竹炭基固體磺酸催化劑的制備、結(jié)構(gòu)表征和性能研究.pdf

1、固體酸替代液體酸催化劑廣泛應(yīng)用于化工生產(chǎn)、分離和凈化等領(lǐng)域。固體酸作為一類新型催化劑，具有酸強(qiáng)度高、催化活性好、易分離、無腐蝕及對環(huán)境友好等優(yōu)勢。竹子作為一類生長快、易更新的草本植物，在很多國家含量豐富。 本論文利用儲(chǔ)量豐富、價(jià)格低廉的竹子為原料，通過用硫酸炭化、用發(fā)煙硫酸磺化制備了一種新的固體酸催化劑：竹炭基固體磺酸，并對炭化、磺化條件進(jìn)行了優(yōu)化。制備的所有竹炭基固體磺酸都用氫氧化鈉進(jìn)行了酸量滴定，并對在較優(yōu)條件下用竹粉制備的

2、催化劑采用X射線衍射、紅外光譜、熱重分析和拉曼光譜等多種現(xiàn)代測試手段進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征。為進(jìn)一步考查竹炭基固體磺酸的催化活性和活性穩(wěn)定性，本論文用該催化劑催化了乙酸的酯化反應(yīng)和蒎烯的水合反應(yīng)。根據(jù)表征分析及實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出以下結(jié)論： 竹粉炭化的較優(yōu)條件是：硫酸的濃度為80％，炭化溫度為80℃，竹粉硫酸質(zhì)量比為1：8，炭化時(shí)間為3h。竹炭磺化的較優(yōu)條件是：磺化溫度為80℃，磺化時(shí)間為2h，竹炭發(fā)煙硫酸質(zhì)量比為1：5。以生長期為三年的綠竹的中

3、壁上部制成的竹顆粒為原料制備的催化劑比綠竹其它部位制備的含酸量高。以竹粉為原料，在較優(yōu)條件下炭化、磺化制備的催化劑含酸量為2.05 mmol.g-1。 從催化劑表征結(jié)果我們可以推斷出竹粉在炭化過程中被部分炭化，纖維素與半纖維素的結(jié)構(gòu)被完全破壞，而木質(zhì)素的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)被部分保留，芳香環(huán)互相連結(jié)成層，構(gòu)成了含少量石墨微晶的無定形碳： 在磺化過程中磺酸基團(tuán)取代芳環(huán)上的氫原子，構(gòu)成了固體磺酸。 用竹炭基固體磺酸催化乙酸乙酯的

4、合成，乙酸0.150 mol，乙醇0.050 mol，催化劑用量0.060g，為反應(yīng)物總料量的0.53％，回流溫度反應(yīng)1.5h，乙酸乙酯的收率高達(dá)93.63％。竹炭基固體磺酸在催化乙酸與幾種不同醇的酯化反應(yīng)中均表現(xiàn)出了良好的催化活性。 竹炭基固體磺酸能有效地催化α-蒎烯直接水合，得到以α-松油醇為主的水合產(chǎn)物，以苧烯、莰烯等為主的異構(gòu)化產(chǎn)物。竹炭基固體磺酸為催化劑，丙酮為溶劑，反應(yīng)物配比α-蒎烯與水的摩爾比為1：4，于60℃條件