酸堿雙功能介孔SiO2催化劑的制備及催化性能研究.pdf

1、自從MCM-41問世以來，有序介孔材料成為人們研究的熱點(diǎn)。在催化領(lǐng)域中，介孔材料由于本身的結(jié)構(gòu)特性是多相催化劑的理想載體。為了連續(xù)催化多步反應(yīng)，人們嘗試著將不同的活性位點(diǎn)同時(shí)引入到介孔材料中，這樣可以使之成為多功能催化劑。然而，在酸堿雙功能催化劑的制備過程中，為了有效催化串聯(lián)反應(yīng)，避免酸堿的中和，催化活性位點(diǎn)必須在空間上進(jìn)行分離。
　　本文以聚苯乙烯球和CTAB作為雙模板，采用兩步共縮聚的方法成功合成了雙殼層中空介孔SiO2雙功能

2、催化劑，聚苯乙烯球作為核模板產(chǎn)生中空結(jié)構(gòu)，CTAB則作為共模板引導(dǎo)殼壁上介孔的形成。同時(shí)，雙殼層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使得酸性位點(diǎn)和堿性位點(diǎn)可以位于兩個(gè)不同的殼層上，實(shí)現(xiàn)了酸堿活性位點(diǎn)的空間分離。中空結(jié)構(gòu)的引入增大了介孔SiO2的比表面積，縮短了反應(yīng)物和產(chǎn)物進(jìn)出催化劑的路徑。然后，利用XRD、FT-IR光譜、氮?dú)馕矫摳?、差?熱重、固體核磁共振、SEM和TEM等對催化劑進(jìn)行了一系列的表征。結(jié)果表明，所合成的介孔SiO2球具有規(guī)則的中空結(jié)構(gòu)，殼壁是

3、由兩個(gè)相鄰的介孔殼組成，并且作為酸性催化中心的Al2O3和作為堿性催化中心的氨丙基被成功地引入到了介孔殼中。在合成的過程中，通過改變合成條件，制備了不同硅鋁比的催化劑以及只含鋁和只含氨的單功能催化劑。
　　為了對催化劑的催化性能進(jìn)行評價(jià)，以所合成的介孔SiO2作為催化劑，在110℃下催化苯甲醛二甲縮醛與氰乙酸乙酯的Deacetalization-Knoevenagel串聯(lián)催化反應(yīng)，并且對水在反應(yīng)中的作用進(jìn)行了研究。催化結(jié)果表明，只

4、有雙功能催化劑才能有效催化酸堿串聯(lián)反應(yīng)，而水的加入將促進(jìn)酸催化反應(yīng)的進(jìn)行，但是對堿催化的反應(yīng)影響不大。在上述條件下，催化劑Al-SiO2@SiO2-NH2-25的催化活性最高，反應(yīng)20 min后，苯甲醛二甲縮醛完全轉(zhuǎn)化為苯甲醛；反應(yīng)40 min后，最終產(chǎn)物的收率達(dá)到了97.1％。催化劑流失實(shí)驗(yàn)及重復(fù)利用實(shí)驗(yàn)表明，催化劑具有很高的穩(wěn)定性。同時(shí)，以雙功能介孔SiO2作為催化劑，在90℃和N2保護(hù)的條件下，對苯甲醛二甲縮醛與硝基甲烷之間的De