聚苯乙烯负载邻菲咯啉/CuCl2配合物的合成及其对羰化反应催化性能研究

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均相催化剂虽然活性高但往往难以分离且有腐蚀性,而多相催化剂则易于分离、再生和回收使用。为使液相氧化羰化催化剂兼具均相与多相催化剂的优点,首次设计合成了聚苯乙烯负载邻菲咯啉/CuCl2配合物催化剂(PS-Phen/CuCl2), 并用于甲醇氧化羰化反应,主要内容如下: 将5-氨基-1,10-邻菲咯啉(NH2-Phen)配体通过化学键连接到聚苯乙烯树脂上,并通过配体与CuCl2的配位作用,合成了聚苯乙烯负载催化剂PS-Phen/CuCl2。使用红外(FTIR)、X-光电子能谱(XPS)、元素分析(EA)、热重分析(TGA)、火焰原子吸收光谱法(AAS)以及场发射扫描电镜(FESEM)等分析手段对该负载催化剂进行了表征。原子吸收以及元素分析结果表明,该负载催化剂上CuCl2含量为1.67mmol/g,配体含量1.54mmol/g,两者以接近1:1 的比例配位; 扫描电镜分析结果表明:聚苯乙烯树脂负载邻菲咯啉/CuCl2配合物后孔径尺寸有所降低; 热分析结果表明负载催化剂可在反应条件下稳定存在; 红外及热重分析结果表明NH2-Phen 和聚苯乙烯树脂上的氯甲基键合成功; XPS 分析表明配体和Cu(II)之间存在配位关系。在120℃,反应总压3.0MPa,PCO:PO2=9:1,CCu(II)=0.2mol/L,反应2 小时条件下,该负载催化剂用于甲醇氧化羰化反应,可循环使用7 次而催化活性基本保持不变,甲醇平均转化率可达到10.6%,平均选择性可达94.5%。负载催化剂与CuCl2催化剂相比,甲醇转化率提高了54%,选择性也从92.9%提高到94.5%; 与Phen/CuCl2催化剂相比,甲醇转化率提高了4.6 倍。在循环使用过程中,负载催化剂上CuCl2平均流失率为4.5%,配体平均流失率为5.2%,质量平均损失率为2.5%,在反应初期活性中心铜流失率较高,但随着循环次数的增加,CuCl2流失率逐渐变低。该催化剂是一种可循环使用多次,活性组分流失率低,具有很高催化活性和选择性的高性能负载催化剂。
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