多酸基多相催化剂的制备及其性能的研究

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多金属氧酸盐(Polyoxometalates,POMs,简称为多酸)是一类阴离子型金属-氧簇化合物,具有强的酸性和氧化性,化学性质可调。因为它独特的物理化学性质,使得它在催化化学领域具有广泛地应用。但是多酸易于溶解、不利于回收循环利用等特点使它的应用也存在一定的局限性。为了实现多酸更好的应用,进行多酸的结构修饰和固载化变得尤为重要。在以下工作中,我们对多酸进行结构修饰和固载化,并进行催化性能的研究,研究内容如下:  1、采用巯基共价修饰到多酸P2W17上;再用四丁基溴化铵包裹多酸实现催化剂的固化;最后用双氧水和硫酸进行氧化和磺酸化,巯基转化为磺酸基团,得到催化剂TBA6-P2W17-SO3H,用于生物质资源的转化。我们进行了油酸和甲醇的酯化反应,表现出了优异的酯化效果。在70℃,20min内,油酸甲酯的产率达98%以上。我们还做了其他脂肪酸和醇的酯化反应,如短链脂肪酸(C3-C8)和长链脂肪酸(C12-C18)分别与甲醇的反应,相应酯的产率分别都在97%和96%以上。因此,该催化剂对不同碳链的脂肪酸都有很好的酯化效果。对催化剂进行回收循环再利用,5次之后油酸的转化率依然能达到82%以上。进一步地,将催化剂TBA6-P2W17-SO3H应用于果糖脱水反应,结果表明,该催化剂可以在100℃、4h实现对果糖的高效脱水反应(转化率99%,选择性大于98%)。上述实验结果证实,该催化剂对这两类典型的酸催化反应都具有优异的催化效果。  2、将多酸插层到三羟甲基氨基甲烷修饰的镁铝水滑石层间。在空气中实现了多酸离子的交换,得到Tris-LDHs-POM。将催化剂在水相中应用于生物质5-羟甲基糠醛的氧化反应,实现了高效的催化氧化。其中5-羟甲基糠醛的转化率为96%以上,2,5-呋喃二甲酸的选择性94%以上。催化剂进行三次回收循环利用后,依然能达到80%以上的产率。且催化剂依然能保持其物理化学性质的稳定。
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