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近年来,超临界二氧化碳、离子液体和聚乙二醇在化学反应和环境友好催化材料的设计方面得到了广泛应用。利用这些绿色溶剂代替有害的有机溶剂具有重要的环境意义。同时,利用它们的特殊性质,可以优化反应过程,提高反应效率,简化分离过程。本论文对绿色溶剂在催化反应中的应用开展了一系列研究,主要内容和结果如下:
1.以质子酸性离子液体1-正丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐[BMIm][HSO4]或1-(4-磺酸)丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐[BsMIm][HSO4]为催化剂,研究了叔烷基醇与甲醇、乙醇、异丙醇的分子间缩水反应。考察了反应温度、反应时间、催化剂用量以及CO2压力等对缩水反应的影响,合成了一系列不对称叔烷基醚,包括甲基叔丁基醚(MTBE)、乙基叔丁基醚(ETBE)、异丙基叔丁基醚(IPTBE)、叔戊基甲基醚(TAME)以及叔戊基乙基醚(TAEE)。结果表明,[BsMIm][HSO4]的催化活性高于[BMIm][HSO4]的活性;反应完成后,离子液体与产物自动分相,分离回收简单;在MTBE的合成中,加入高压CO2可以显著提高叔丁醇的转化率和MTBE的选择性。
2.设计、制备了用胍类离子液体改性的分子筛SBA-15负载的Pd纳米颗粒催化剂SBA-TMG-Pd,研究了Heck反应,考察了碱、溶剂、反应温度和催化剂用量等对产物收率的影响,并且考察了底物的适用范围;作为对比,考察了未经改性的分子筛负载的Pd催化剂SBA-Pd的催化性能。结果表明,催化剂SBA-TMG-Pd和SBA-Pd均是Heck反应的高效催化剂,但前者比后者更稳定,表现出出色的循环利用性能。通过系统表征和研究两种催化剂在使用前后的性质,分析了SBA-TMG-Pd具有优越性能的原因。进一步探讨了反应机理,四甲基胍阳离子对Pd的络合作用是催化剂性能稳定的重要原因。
3.制备了聚乙二醇PEG稳定的Pd纳米催化剂,在不加其它任何配体的情况下实现了不同烯烃的加氢反应。用不同分子量的PEG(分子量分别为400、800、1000、2000以及4000)制备了一系列的Pd-PEG催化剂,研究了PEG分子量对催化活性的影响,同时考察了氢气压力和反应温度对反应的影响。结果表明,PEG的分子量越大,制得的纳米颗粒的粒径越大,适当分子量的PEG对Pd纳米颗粒有很好的稳定作用;Pd-PEG2000对于所研究的不同取代基的烯烃的加氢均表现出极好的催化活性和选择性。Pd-PEG催化剂体系经与产物的简单分离可重复使用。