sio2凹土复合负载杂多酸的制备及其催化氧化性能的研究
本文采用溶胶-凝胶法，以磷酸和钨酸钠为原材料合成出了Wells-Dawson结构的磷钨杂多酸，用红外光谱仪（IR）、X-射线衍射仪（XDR）对所得磷钨酸的结构进行表征。SiO2/凹土复合负载磷钨杂多酸作为催化剂，磷钨酸负载量为45%最为适合。分别以催化剂用量、反应时间和反应温度为变量，研究它们对负载杂多酸催化氧化异丙醇生成丙酮的反应所产生的影响。结果显示出在催化氧化反应中，当催化剂用量为0.35g，反应时间为6.5h，反应温度为80oC，该催化剂可重复使用5次，且丙酮产率达到最高，为69.97%。关键词 Wells-Dawson磷钨酸，凹凸棒石黏土，SiO2，催化氧化
目 录
1 引言 1
1．1 催化剂的介绍 2
1．2 杂多酸 3
1．3 凹土的简介 8
1．4 二氧化硅的简介 9
1．5 SIO2/凹土复合负载杂多酸的特点及制备 9
1．6 选题的目的及意义 10
2 实验部分 11
2．1 主要实验药品及仪器 11
2．2 合成工艺 11
2．3 检测性能 15
3 结果与讨论 16
3．1 对催化剂的结构进行表征 16
3．2 磷钨酸负载量对丙酮产率的影响 19
3．3 负载型杂多酸用量对丙酮产率的影响 19
3．4 反应温度对丙酮产率的影响 20
3．5 反应时间对丙酮产率的影响 21
3．6 检测重复使用性能 22
结 论 24
致 谢 25
参 考 文 献 26
1 引言
绿色化学（Green chemistry），指在化学反应过程当中把“原子经济性”作为基本原则，即在获取新的物质的化学反应中充分利用参与到反应中的每一个原料原子、实现“零”排放。绿色化学作为目前研究的新方向，在很多领域又被说成是“环境无害化学”，近些年来在化学领域不断受到重视。这一发展趋势涉及到了许许多多的领域，如化学分析、生物技术、分子合成等，应用十分广泛，涉及内容也极为丰富。绿色化学主要的研究内容 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
是研究对于原料、试剂、溶剂的选择，设计绿色化学产品及开发绿色催化剂，即原料、化学反应、产物、反应介质的绿色化等[1]。
在早期的有机合成反应中，氧化反应大多采用的是重铬酸钾、高锰酸钾等计量氧化剂。但是，存在的不足之处是：这类氧化剂的氧化能力强，选择性相对比较差，会造成严重的污染，对其应用范围造成了极大的限制。作为精细化工原料中重要的一类，酯被广泛地应用于各种行业，如溶剂、化妆品、香料、增韧剂、燃料和医药等方面[2]。在酯类反应中，一般是以液体酸作为催化剂，其中硫酸因价格低廉，来源丰富，并且有着较好的催化活性，使用最为广泛。但是硫酸也存在很多的缺点，腐蚀性强，伴随的副反应多，会产生相当大数量的含酸废水，对生产设备的要求相对较高，与此同时，后处理也是十分的复杂，反应的过程中所产生的废酸会引起环境的严重污染。
为了能够有效地解决上述问题，寻找合适的固体酸催化剂以作为硫酸等液体酸的替代，是很有必要的。杂多化合物是由配位原子以及杂原子通过氧桥键而形成的，且具有一定结构的多核配合物，它具有超强酸性[3]和准液相这两大特点，在非均相及均相这两大体系当中，都可以作为一种同时具有两种优异性能的催化剂，其中优异性能即为氧化还原和酸碱性能，是一种有着很好的应用前景的固体酸催化剂。通过改变组成元素，可以在分子水平上设计并合成杂多化合物，进而对杂多化合物的催化性能进行系统的调控。同先前所使用的盐酸和硫酸相比，杂多化合物具有无毒无污染、对设备不产生腐蚀性的优点，是一种良好的绿色环保型的固体酸催化剂。将催化剂固载化的想法一经提出，展现出了一种与以往不同的方案来进行分离，让产物与催化剂这两者之间能够进行更为有效地分离。与此同时，其重复使用性能可以由此加强，这项思路的提出给绿色化学在以后发展中开拓出了一条意义重大且可行的发展之路。在化工工业中，杂多化合物的成功应用引起了较大的关注，使得杂多化合物作为一种催化剂在一些反应当中得到深入的研究，如烯烃环氧化或是酯化等反应。
1．1 催化剂的介绍
催化剂是能够在被热力学所允许的前提下，使得化学反应达到平衡的速度得以加快，但是其自本身是不会在化学反应的进程当中被消耗的物质。催化剂并不能改变化学平衡，但能用以影响反应达到平衡的速度。正催化剂，是指能够加快反应速度的一类催化剂，反之，则为负催化剂，指的是减慢反应速度的一类催化剂。由催化剂对反应施加作用而发生的现象叫做催化作用。催化剂与反应体系这两者之间有着较为紧密的联系，且选择性强。催化剂对某种反应有催化效果，但对于该反应而言，能对其起到催化作用的并不是只有那一种催化剂。同时，一种催化剂也不是一定会对所有的化学反应都能起到催化效果。
催化剂可以是许多种不同的材料，如有机金属的配合物、化合物（如沸石分子筛或是硫、氮化物等）或者是金属等。工业上使用的催化剂总量与在寿命期间催化剂所处理的反应物和最终制得的产物数量相比起来是很小的，而且并非催化剂的所有部分都参与反应物到产物之间的转化，那些参与的部分则称为活性中心（活性位）。换句话说，催化作用是通过催化剂活性中心对反应物分子进行激发与活化，使地反应物分子反应性能得以增加，进而反应速率加快。
催化剂的组成方式有两种：（1）由单一组分构成。如一些金属有机化合物：RhCl(PPhCl3)3；一些氧化物：Al2O3，ZnO；一些盐：CuCl2，ZnCl2；一些金属：Pd，Pt，Ni。（2）由多组分构成：如CuCr2O3，PtPh，P2O5MoO3Bi2O3等。按照成分所起作用，一般可以分为三类：载体、主催化剂和助催化剂。作为催化剂的主要成分，主催化剂是起到催化作用的根本物质。与活性组分同时起到催化作用的是共催化剂。助催化剂有着可以改善催化剂寿命、机械强度、抗毒和耐热等性能，提高活性组分选择性和活性的作用。就平常而言，助催化剂自身是不存在催化活性，若是在催化剂当中将其加入微量，就可以使得催化剂的性能得以改善，且效果显著。载体，作为催化剂当中极为重要的一个组成部分，又是负载型催化剂的骨架，其主要用到的材料是机械强度一定的多孔性物质。
目 录
1 引言 1
1．1 催化剂的介绍 2
1．2 杂多酸 3
1．3 凹土的简介 8
1．4 二氧化硅的简介 9
1．5 SIO2/凹土复合负载杂多酸的特点及制备 9
1．6 选题的目的及意义 10
2 实验部分 11
2．1 主要实验药品及仪器 11
2．2 合成工艺 11
2．3 检测性能 15
3 结果与讨论 16
3．1 对催化剂的结构进行表征 16
3．2 磷钨酸负载量对丙酮产率的影响 19
3．3 负载型杂多酸用量对丙酮产率的影响 19
3．4 反应温度对丙酮产率的影响 20
3．5 反应时间对丙酮产率的影响 21
3．6 检测重复使用性能 22
结 论 24
致 谢 25
参 考 文 献 26
1 引言
绿色化学（Green chemistry），指在化学反应过程当中把“原子经济性”作为基本原则，即在获取新的物质的化学反应中充分利用参与到反应中的每一个原料原子、实现“零”排放。绿色化学作为目前研究的新方向，在很多领域又被说成是“环境无害化学”，近些年来在化学领域不断受到重视。这一发展趋势涉及到了许许多多的领域，如化学分析、生物技术、分子合成等，应用十分广泛，涉及内容也极为丰富。绿色化学主要的研究内容 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
是研究对于原料、试剂、溶剂的选择，设计绿色化学产品及开发绿色催化剂，即原料、化学反应、产物、反应介质的绿色化等[1]。
在早期的有机合成反应中，氧化反应大多采用的是重铬酸钾、高锰酸钾等计量氧化剂。但是，存在的不足之处是：这类氧化剂的氧化能力强，选择性相对比较差，会造成严重的污染，对其应用范围造成了极大的限制。作为精细化工原料中重要的一类，酯被广泛地应用于各种行业，如溶剂、化妆品、香料、增韧剂、燃料和医药等方面[2]。在酯类反应中，一般是以液体酸作为催化剂，其中硫酸因价格低廉，来源丰富，并且有着较好的催化活性，使用最为广泛。但是硫酸也存在很多的缺点，腐蚀性强，伴随的副反应多，会产生相当大数量的含酸废水，对生产设备的要求相对较高，与此同时，后处理也是十分的复杂，反应的过程中所产生的废酸会引起环境的严重污染。
为了能够有效地解决上述问题，寻找合适的固体酸催化剂以作为硫酸等液体酸的替代，是很有必要的。杂多化合物是由配位原子以及杂原子通过氧桥键而形成的，且具有一定结构的多核配合物，它具有超强酸性[3]和准液相这两大特点，在非均相及均相这两大体系当中，都可以作为一种同时具有两种优异性能的催化剂，其中优异性能即为氧化还原和酸碱性能，是一种有着很好的应用前景的固体酸催化剂。通过改变组成元素，可以在分子水平上设计并合成杂多化合物，进而对杂多化合物的催化性能进行系统的调控。同先前所使用的盐酸和硫酸相比，杂多化合物具有无毒无污染、对设备不产生腐蚀性的优点，是一种良好的绿色环保型的固体酸催化剂。将催化剂固载化的想法一经提出，展现出了一种与以往不同的方案来进行分离，让产物与催化剂这两者之间能够进行更为有效地分离。与此同时，其重复使用性能可以由此加强，这项思路的提出给绿色化学在以后发展中开拓出了一条意义重大且可行的发展之路。在化工工业中，杂多化合物的成功应用引起了较大的关注，使得杂多化合物作为一种催化剂在一些反应当中得到深入的研究，如烯烃环氧化或是酯化等反应。
1．1 催化剂的介绍
催化剂是能够在被热力学所允许的前提下，使得化学反应达到平衡的速度得以加快，但是其自本身是不会在化学反应的进程当中被消耗的物质。催化剂并不能改变化学平衡，但能用以影响反应达到平衡的速度。正催化剂，是指能够加快反应速度的一类催化剂，反之，则为负催化剂，指的是减慢反应速度的一类催化剂。由催化剂对反应施加作用而发生的现象叫做催化作用。催化剂与反应体系这两者之间有着较为紧密的联系，且选择性强。催化剂对某种反应有催化效果，但对于该反应而言，能对其起到催化作用的并不是只有那一种催化剂。同时，一种催化剂也不是一定会对所有的化学反应都能起到催化效果。
催化剂可以是许多种不同的材料，如有机金属的配合物、化合物（如沸石分子筛或是硫、氮化物等）或者是金属等。工业上使用的催化剂总量与在寿命期间催化剂所处理的反应物和最终制得的产物数量相比起来是很小的，而且并非催化剂的所有部分都参与反应物到产物之间的转化，那些参与的部分则称为活性中心（活性位）。换句话说，催化作用是通过催化剂活性中心对反应物分子进行激发与活化，使地反应物分子反应性能得以增加，进而反应速率加快。
催化剂的组成方式有两种：（1）由单一组分构成。如一些金属有机化合物：RhCl(PPhCl3)3；一些氧化物：Al2O3，ZnO；一些盐：CuCl2，ZnCl2；一些金属：Pd，Pt，Ni。（2）由多组分构成：如CuCr2O3，PtPh，P2O5MoO3Bi2O3等。按照成分所起作用，一般可以分为三类：载体、主催化剂和助催化剂。作为催化剂的主要成分，主催化剂是起到催化作用的根本物质。与活性组分同时起到催化作用的是共催化剂。助催化剂有着可以改善催化剂寿命、机械强度、抗毒和耐热等性能，提高活性组分选择性和活性的作用。就平常而言，助催化剂自身是不存在催化活性，若是在催化剂当中将其加入微量，就可以使得催化剂的性能得以改善，且效果显著。载体，作为催化剂当中极为重要的一个组成部分，又是负载型催化剂的骨架，其主要用到的材料是机械强度一定的多孔性物质。
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