论文部分内容阅读
将绿色化学手段——微波应用于固体酸催化剂的制备以及松香与甘油的酯化反应，以缩短反应时间、提高能源利用率、改善产品品质，并考察了催化剂制备和微波作用下松香酯化反应的最佳工艺条件。分别用微波法、常规法制备了一系列SO42-／TiO2-SiO2、S2O82-／TiO2-SiO2固体超强酸催化剂和ZnO固体酸催化剂，用于松香和甘油在微波作用下的酯化反应，经筛选得到以微波固相法制备的催化性能较好的ZnO（M2）催化剂。通过单因素实验得到ZnO（M2）的最佳制备条件为：微波功率P3、微波固相反应时间tM2、干燥温度TD3、干燥时间tD1、焙烧温度TC3、焙烧时间tC3。通过单因素和正交实验考察并得到了微波作用下松香与甘油酯化反应的最佳工艺条件：微波功率P4、反应温度T4、松香与甘油摩尔比2:1、ZnO（M2）催化剂用量0.2％（以松香质量为基准）、反应时间55min。在最佳工艺条件下，酯化产物的各项指标为：酸值8.6mgKOH／g、色度（铁钴法）7、软化点87.5℃、溶解度（与苯1:1）清、比重（25℃／25℃）1.086、灰份0.04％，符合国家标准GB10287-88相应技术指标的规定。用XRD、TEM、IR等手段对ZnO（M2）催化剂进行了表征，结果表明，所制备的ZnO（M2）为六方晶系，结晶性良好、纯度高，平均粒径25nm，粒径均匀。IR测试结果表明，ZnO（M2）固体酸催化剂具有L酸和B酸双活性中心。结合酯化反应结果分析可知，L酸中心为ZnO（M2）的主要催化活性中心。实验表明，ZnO纯度越高、粒径越小，其催化性能越好。与常规酯化反应以及工业中136松香甘油酯生产工艺相比，本论文采用的微波介入松香酯化反应和氮气吹扫工艺具有明显优势，可以缩短反应时间、改善产品色度、提高产品软化点。对微波固相反应制备ZnO（M2）的反应机理作了初步讨论。认为在微波场中，极性反应物在微波作用下首先在固体微粒表面反应生成大量微液滴——相当于“微反应器”，反应物部分溶解于“微反应器”中，在微波——相当于“微搅拌器”的强烈作用下，促使反应快速进行。对微波促进松香酯化反应的机理做了初步探讨，认为微波的介入不会改变松香酯化反应的历程和机理，但适当强度的微波会使极性反应物分子，带电荷的中间体等在热运动的基础上叠加一定方式的有序运动，增加其有效碰撞几率，从而促进反应的进行。