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《河北科技大学》 2016年
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固载化离子液体的合成及其在酯化反应中的应用

胡晶晶  
【摘要】:酯化反应,是一类有机化学反应,是醇跟羧酸或含氧无机酸生成酯和水的反应。有机羧酸酯是一种重要的精细化工产品,广泛用于橡胶与塑料的增塑剂、香料、表面活性剂、化妆品及医药等。传统酯化所采用的催化剂易导致设备腐蚀、环境污染、效率低且不经济。因此,随着全球工业及学术界对无污染清洁技术的关注度日益增加,资源的日益紧缺,研究环保型具有高催化性能的催化剂显得愈发重要。在寻找新型催化剂的道路中,人们逐渐发现离子液体以其优良的特性可代替传统介质进行酯化反应。本文以价格低廉的己内酰胺为原料,制备和表征了4种己内酰胺功能化离子液体。以乙酸和乙醇的酯化反应考察4种酸性离子液体的催化活性,并与3种具有不同氮杂环的SO3H-功能化离子液体和浓硫酸相对照。确定了酯化反应较佳的工艺条件,并在较优的工艺条件下,考察了离子液体的重复使用性及其对催化合成系列乙酯的催化活性。为了减少离子液体用量及解决催化剂分离问题,本文以硅胶、MCM-41和SBA-15为载体,采用键合法设计合成了3种新型固载化离子液体催化剂,并将其应用于催化丁二酸酐和乙醇的酯化反应,筛选出催化酯化效果较好的催化剂。然后通过FT-IR、TG、XRD、BET和TEM分析了催化剂的结构和稳定性。结果显示,离子液体[C3SO3HCP]HSO4被成功地固定在SBA-15上,且具有较高的热稳定性和催化活性,克服了非均相催化剂活性不高与均相催化剂难以分离的不足。同时,对酯化反应的工艺条件进行了优化,并考察了固载化离子液体催化剂的循环使用,并和纯离子液体的催化效果进行了对比。
【关键词】:酯化反应 离子液体 催化剂 固载化 稳定性
【学位授予单位】:河北科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:O645.1;TQ203
【目录】:
  • 摘要4-5
  • Abstract5-10
  • 第1章 绪论10-20
  • 1.1 研究背景10
  • 1.2 离子液体的发展10-12
  • 1.2.1 氯铝酸系离子液体11
  • 1.2.2 耐水系离子液体11
  • 1.2.3 功能化离子液体11-12
  • 1.2.4 前景展望12
  • 1.3 功能化离子液体的研究进展12-14
  • 1.3.1 功能化离子液体的定义12
  • 1.3.2 功能化离子液体的制备12
  • 1.3.3 功能化离子液体的分类12-14
  • 1.4 固载化离子液体及其应用14-18
  • 1.4.1 物理负载法14-15
  • 1.4.2 化学负载法15-16
  • 1.4.3 溶胶-凝胶法16-17
  • 1.4.4 聚合法17-18
  • 1.5 本课题研究的意义和内容18-20
  • 1.5.1 课题研究的意义18
  • 1.5.2 课题研究的内容18-20
  • 第2章 己内酰胺功能化离子液体的合成及表征20-30
  • 2.1 引言20-21
  • 2.2 实验仪器与试剂21-22
  • 2.2.1 实验仪器21
  • 2.2.2 实验试剂21-22
  • 2.3 己内酰胺功能化离子液体的制备22-23
  • 2.3.1 1-(3-磺丙基)己内酰胺盐的制备22
  • 2.3.2 己内酰胺类SO_3H-功能化离子液体的制备22
  • 2.3.3 实验装置22-23
  • 2.3.4 离子液体的表征和性能测定23
  • 2.4 结果与讨论23-28
  • 2.4.1 离子液体的酸性分析23-24
  • 2.4.2 离子液体的结构分析24-25
  • 2.4.3 离子液体的热稳定性25-26
  • 2.4.4 离子液体溶解性分析26-27
  • 2.4.5 离子液体腐蚀性分析27-28
  • 2.5 本章小结28-30
  • 第3章 己内酰胺功能化离子液体催化酯化反应的研究30-38
  • 3.1 引言30
  • 3.2 实验仪器与试剂30-31
  • 3.2.1 实验仪器30-31
  • 3.2.2 实验仪器31
  • 3.3 酯化反应31-32
  • 3.3.1 乙酸乙酯的合成31
  • 3.3.2 分析方法31-32
  • 3.3.3 实验装置32
  • 3.4 结果与讨论32-36
  • 3.4.1 离子液体的催化活性32-33
  • 3.4.2 正交实验考察[C_3SO_3HCP]HSO_4对酯收率的影响33-34
  • 3.4.3 离子液体的重复使用性能34-35
  • 3.4.4 离子液体催化合成系列乙酯35-36
  • 3.5 酯化反应机理探讨36-37
  • 3.6 本章小结37-38
  • 第4章 固载化离子液体的合成及表征38-48
  • 4.1 引言38
  • 4.2 实验仪器与试剂38-39
  • 4.2.1 实验仪器38-39
  • 4.2.2 实验试剂39
  • 4.3 固载化离子液体的合成39-42
  • 4.3.1 硅胶固载化离子液体的制备39-40
  • 4.3.2 MCM-41 固载化离子液体的制备40-41
  • 4.3.3 SBA-15 固载化离子液体的制备41-42
  • 4.3.4 固载化离子液体的表征42
  • 4.4 结果与讨论42-46
  • 4.4.1 催化剂的选择42-43
  • 4.4.2 FT-IR分析43-44
  • 4.4.3 TG分析44
  • 4.4.4 XRD分析44-45
  • 4.4.5 N_2吸附-脱附分析45-46
  • 4.4.6 TEM分析46
  • 4.5 本章小结46-48
  • 第5章 固载化离子液体催化合成丁二酸二乙酯48-58
  • 5.1 引言48
  • 5.2 实验仪器与试剂48-49
  • 5.2.1 实验仪器48-49
  • 5.2.2 实验试剂49
  • 5.3 酯化反应49-50
  • 5.3.1 丁二酸二乙酯的合成49
  • 5.3.2 分析方法49
  • 5.3.3 实验装置49-50
  • 5.4 固载化离子液体催化酯化反应条件的探讨50-54
  • 5.4.1 催化剂的用量50-51
  • 5.4.2 酸醇摩尔比51
  • 5.4.3 反应温度51-52
  • 5.4.4 反应时间52
  • 5.4.5 带水剂用量52-53
  • 5.4.6 正交试验53-54
  • 5.5 IL/SBA-15 催化剂的重复使用性能54-55
  • 5.6 对比试验55
  • 5.7 IL/SBA-15 催化合成系列羧酸酯55-56
  • 5.8 丁二酸二乙酯合成反应原理的探讨56
  • 5.9 本章小结56-58
  • 结论58-60
  • 附录60-66
  • 参考文献66-72
  • 攻读硕士学位期间所发表的论文72-74
  • 致谢74-76
  • 个人简历76

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