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乳酸酯是一类具有优良生物降解性能的乳酸衍生物,在食品、医药、涂料、电子等部门已得到广泛的应用。传统的乳酸酯合成工艺中以乳酸为原料,用浓硫酸作催化剂,存在设备腐蚀严重、副产物多和后处理工艺复杂的缺点。而以乳酸铵为原料进行乳酸酯的合成则有助于“清洁生产”工艺流程的实现。本文应用负载-高温热处理方法制备出具有磁性、对乳酸铵酯化反应具有催化作用的可回用固体酸催化剂,并对其结构与性能进行了表征;探讨了基于该催化剂的两种催化体系对乳酸铵酯化反应的促进作用及催化机理。
通过选择合适的热处理温度实现了磁性结构与酸性结构形成过程的整合。以对乳酸铵与脂肪醇酯化反应的催化效率为依据,优化制备参数,在铁氢氧化物制备过程中沉淀终点pH值7.5、热处理温度选择为800℃条件下可制得具有最佳催化性能的磁性固体酸。利用XRF,XRD,PPMS,NH3FTIR,NH3-TPD等测试手段对该催化剂样品进行表征的结果表明:该催化剂样品中可检测出包括NiFe2O4和NiSO4在内的四种晶相;在300K下的剩磁为2.76emu/g,其矫顽力为0.15kOe,饱和磁化率为10.72emu/g;该催化剂的酸性较弱,且仅含有Lewis型酸性中心。
在磁性固体酸催化体系中,当磁性固体酸浓度为1%时,乳酸铵酯化反应的酯化率可达到体系最大值:84.2%。与无催化体系比较,反应时间为4小时时,其酯化率提高了7.2%。根据作为磁性固体酸中主要成分之一的NiSO4对所选酯化反应几乎无催化活性的事实,判断磁性固体酸中酸性的产生来源于含量较低的有机类硫氧基团,并且体系中的Lewis型酸性中心在水分子的作用下容易向Bronsted型酸性中心转化,酸性增强的结果使得酯化率增加。
在磁性固体酸与SnCl2·2H2O组成的复合催化体系中,当SnCl2·2H2O与磁性固体酸的质量比为4:1,复合体系催化剂总浓度为5%时,可得到酯化率的最大值:87.7%。该复合催化体系中存在能够提高催化体系酸性的配位作用,并可因减少空余配位轨道数目而降低酯化反应体系中副反应发生概率,使该体系在磁性固体酸的基础上进一步提高了对酯化反应的促进作用。本课题研制的磁性固体酸催化剂,其制备工艺简单,能有效促进乳酸铵-Ⅰ-与醇的酯化反应。基于该催化剂的两种催化体系均有助于利用以乳酸铵为主要成分的乳酸发酵液为原料来合成乳酸酯工艺的实现,有利于降低乳酸酯合成的成本并减缓设备的腐蚀。