Luận án Nghiên cứu tổng hợp xúc tác dị thể siêu acid cố định trên các chất mang Al-SBA-15 và ZSM-5/SBA-15 ứng dụng trong phản ứng tổng hợp fructone

Tên luận án:

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP XÚC TÁC DỊ THỂ SIÊU ACID CỐ ĐỊNH TRÊN CÁC CHẤT MANG AI-SBA-15 VÀ ZSM-5/SBA-15 ỨNG DỤNG TRONG PHẢN ỨNG TỔNG HỢP FRUCTONE

Ngành:

Hóa lý thuyết và hóa lý (Mã số: 9440119)

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án này tập trung nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng xúc tác dị thể siêu acid để khắc phục những hạn chế của xúc tác acid đồng thể truyền thống, đặc biệt trong các phản ứng tổng hợp hữu cơ có môi trường phân cực như tổng hợp fructone. Công trình đã thành công trong việc chế tạo và ứng dụng hệ xúc tác dị thể siêu acid HPA cố định trên các chất mang mao quản trung bình (MQTB) biến tính Al-SBA-15 và chất mang đa mao quản ZSM-5/SBA-15.

Đối với vật liệu HPA/Al-SBA-15, tỉ lệ Si/Al tối ưu là 15, cho hàm lượng HPA cao (24,28%) và hoạt tính xúc tác tốt (độ chuyển hóa ethyl acetoacetate (EAA) đạt 93,49%). Phương pháp loại bỏ chất định hướng cấu trúc bằng tác nhân oxy hóa H2O2 được chứng minh phù hợp hơn phương pháp nung. Các nhóm chức -NH4+ và -NH2 trên bề mặt chất mang có khả năng tạo liên kết tốt với acid HPA, trong khi nhóm -OH thì không. Đặc biệt, việc sử dụng ion Cs+ làm ion bù trừ điện tích (HPAS-12.15) đã tạo ra vật liệu có lực acid cao hơn (peak giải hấp NH3 ở 759,6°C), độ bền gắn giữ HPA vượt trội (chỉ giảm 2,55% sau 5 lần rửa) và hoạt tính xúc tác cao (95,58% độ chuyển hóa EAA) với độ giảm hoạt tính thấp (5,52% sau 5 chu kì phản ứng).

Đối với vật liệu HPA/ZSM-5/SBA-15, tỉ lệ Si/Al bằng 50 được xác định là phù hợp để cố định HPA, mang lại hàm lượng HPA cao (19,6%) và hoạt tính xúc tác tốt (94,18% độ chuyển hóa EAA). Cả hai loại xúc tác dị thể HPA/Al-SBA-15 và HPA/ZSM-5/SBA-15 đều thể hiện lực acid mạnh, độ bền gắn kết HPA tốt và hoạt tính xúc tác cao hơn đáng kể so với các xúc tác acid đồng thể (acid HPA không gắn trên chất mang, H2SO4, p-toluenesulfonic). Các điều kiện tối ưu cho phản ứng tổng hợp fructone bao gồm tỉ lệ mol EAA:EG là 1:1,5, 3% khối lượng xúc tác, dung môi iso-octane và nhiệt độ phản ứng 130°C. Khả năng thu hồi và tái sử dụng nhiều lần của các hệ xúc tác dị thể này khẳng định tiềm năng thay thế các xúc tác acid đồng thể truyền thống trong các phản ứng tổng hợp hữu cơ có chất phân cực.

Mục lục chi tiết:

• MỞ ĐẦU
  • 1. Tính cấp thiết của luận án
  • 2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án
  • 3. Các nội dung nghiên cứu chính của luận án
• CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
• CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
  • 2.1. Thực nghiệm
    • 2.1.1. Hóa chất
    • 2.1.2. Thực nghiệm
  • 2.2. Các phương pháp đặc trưng vật liệu
  • 2.3. Đánh giá hoạt tính xúc tác của vật liệu
• CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
  • 3.1. Tổng hợp vật liệu HPA trên chất mang Al-SBA-15
    • 3.1.1. Ảnh hưởng của tỉ lệ Si/Al đến vật liệu HPA/Al-SBA-15
    • 3.1.2. Ảnh hưởng của phương pháp chế tạo đến vật liệu HPA/Al-SBA-15
      • 3.1.2.1. Tổng hợp HPA trực tiếp trên chất mang
      • 3.1.2.2. Tổng hợp HPA trên chất mang bằng phương pháp tẩm
    • 3.1.3. Ảnh hưởng của phương pháp loại bỏ chất ĐHCT
    • 3.1.4. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng tổng hợp fructone
    • 3.1.5. So sánh hoạt tính của xúc tác HPA/Al-SBA-15 với các xúc tác đồng thể
    • 3.1.6. Ảnh hưởng của ion bù trừ điện tích
  • 3.2. Tổng hợp vật liệu HPA trên chất mang ZSM-5/SBA-15
    • 3.2.1. Tổng hợp chất mang ZSM-5/SBA-15
    • 3.2.2. Tổng hợp vật liệu HPA trên chất mang ZSM-5/SBA-15
    • 3.2.3. Hoạt tính xúc tác của vật liệu HPA/ZSM-5/SBA-15
  • 3.3. So sánh vật liệu xúc tác HPA trên các chất mang khác nhau
    • 3.3.1. Hàm lượng HPA trên vật liệu
    • 3.3.2. Tính acid của vật liệu
    • 3.3.3. Hoạt tính xúc tác của vật liệu
    • 3.3.4. Độ bền gắn giữ HPA và độ bền hoạt tính xúc tác
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN