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层状双金属氢氧化物,是一种典型的阴离子型层状化合物,层间阴离子具有可交换性,可作为催化剂的载体,因此日益受到人们的广泛关注。纯杂多酸作为工业催化剂存在比表面积小、热稳定性差以及易溶于极性溶剂等缺陷,给其大规模的工业应用带来诸多限制;将杂多酸插入水滑石层间所制备出的柱撑化合物兼有阴离子黏七和杂多阴离子的功能特性,而且对于解决杂多酸在工业催化过程中的固载化问题具有实际意义,使杂多酸的催化性能得到改进,其适用范围变得更加广泛。
本论文采用水热法及共沉淀法合成了镁铝水滑石,以合成出的水滑石作为前驱体。采用共沉淀法及离子交换法制备出了柠檬酸根柱撑水滑石,并采用XRD及FT-IR等手段对其进行表征,对比分析了两种柱撑方法所制备的插层产物的晶型效果,得出了采用离子交换法能制备出结晶效果良好的柠檬酸根柱撑水滑石层状化合物;
以制备的水滑石为前驱体,采用离子交换法将5-磺基水杨酸根插入水滑石层间,并对反应时间、温度、pH值等影响插层效果的因素进行了研究,对各种反应条件下的插层产物进行了表征,得出了最合适的插层反应条件。
以制备的硝酸根型水滑石作为插层前驱体,采用上述已经优化反应条件的离子交换法将P2W18O626-插入到水滑石层间,并通过XRD,FT-IR,TG-DTA等多种表征手段分别对杂多阴离子柱撑水滑石的晶相结构及其影响因素、红外性能、热稳定性进行了研究。结果表明,采用该方法制备的杂多阴离子柱撑水滑石较好地保持了水滑石原有的晶体形貌,具有较高的离子交换度;
为了考察磷钨杂多酸根柱撑水滑石的催化性能,将柱撑产物做为新型催化材料用于乙酸正丁酯的合成反应中,通过正交试验设计并结合单因素多水平实验考察反应的各个因素对反应的影响,并对工艺条件进行了优化。结果表明,最佳的工艺条件是:乙酸与正丁醇物质的量比为1:1.3,催化剂用量为反应物总质量的1.5%,反应时间为3h,反应温度为120℃,酯化率达到96.8%以上,催化剂重复使用五次效果没有任何的降低,大大提高了催化剂的寿命,降低了生产成本,具有很好的应用价值。