高酸值原油中的环烷酸对原油加工设备和管线造成严重腐蚀,开发高效的原油脱酸技术是炼厂加工高酸值原油的面临的重要挑战。在各种原油脱酸方法中,催化酯化脱酸法成本较低,其关键是开发高活性的催化剂。在本课题组前期研究中,采用层状双金属氢氧化物(LDHs)作为催化剂,用于乙二醇(EG)和原油中环烷酸的催化酯化脱酸,取得了良好的效果,但存在EG用量高、反应温度高、反应时间长等问题,需要进一步提升催化效率。本文利用LDHs特殊的层内限域空间和层板金属对酯化反应的催化作用,将反应物EG预先引入LDHs层间,构建EG插层LDHs层间微型催化反应器,用于EG与环烷酸的催化酯化脱酸反应,以提高催化效率。首先研究了 EG插层LDHs的合成方法,以期实现在缓和条件下合成EG插层LDHs。其次,将EG插层LDHs用作原油酯化脱酸催化剂,以验证其对催化效率的提升作用。再次,采用模型化合物体系,通过对反应前后液体产物和LDHs的分析和表征,研究层内限域空间的催化酯化反应历程和机理。然后,研究了层间催化酯化反应的动力学特征。最后,调变EG插层LDHs层内空间尺寸,研究了其对层间催化酯化反应的影响。通过本文研究,得到以下结果:1.以硝酸根型LDH为前体,EG为溶剂,加入夺质子助剂(醇盐或KOH)促进EG离子化,大幅缩短了 EG插层LDHs的合成温度和时间。在叔丁醇钾促进下,80℃反应12h或120℃反应6h即可得到高结晶度、晶相单一的EG插层LDH。与文献相比(在EG液体中80℃反应120 h或在EG蒸汽中反应30 h),合成苛刻度大幅降低。通过XRD、TG-DSC、FT-IR、元素分析和13C MAS NMR等手段研究了合成条件对LDHs结构性质的影响以及EG在层间的存在形式,发现EG以失去一个质子的阴离子形式呈双层倾斜排列于LDH层间。2.将微波技术引入离子交换过程,进一步缩短了合成时间。研究了微波处理条件对EG插层LDH结构的影响,发现在微波处理温度为120℃,电流170 mA下,仅需10 min即可得到高结晶度的EG插层LDH。3.将EG插层LDH用于原油与EG的催化酯化脱酸反应,考察了 EG和催化剂用量,反应温度和时间对脱酸率的影响。通过XRD和FT-IR表征证明层间反应的发生。4.以环己基甲酸(Cyc)为模型体系,研究EG插层LDH层间催化酯化反应历程和机理。通过XRD、FT-IR和TG-DSC等手段表征反应前后LDHs的结构变化,采用GC-MS、FT-IR和1H NMR分析液体反应产物。结果发现,Cyc扩散进入LDH层间与EG阴离子反应生成2-羟基乙基环己烷,后者离开层间,Cyc阴离子补充层板正电荷。与常规LDH作用下的体相催化反应相比,脱酸率和EG转化率分别从2.33%和7.22%提高到69.80%和91.90%。归因于LDHs层内限域空间大幅提高了 EG和Cyc的碰撞几率,离子化的EG增强羟基的亲核性,以及扩大的层内空间促进Cyc扩散至LDH层间与EG反应。5.在不同初始Cyc浓度、EG插层LDH用量和反应温度下研究了层间催化酯化反应动力学,发现Krogerand Ziegler动力学模型能够较好地吻合实验数据,并计算得到层间反应的活化能为35.02kJ/mol,而相同条件下体相反应的活化能为49.70kJ/mol,层间反应可以显著降低反应活化能。6.通过改变干燥温度、前体层间距和反应温度,可以在7～13 A调变EG插层LDH的层间距。选择层间距分别为12.51、9.56和7.82 A的EG插层LDH用于层间反应,发现层间距为9.56 A的样品对层间催化酯化反应具有最高的反应效率。层间距为7.82 A的样品反应效率较低,原因是狭窄的层内通道阻碍了 Cyc扩散进入层间。层间距为12.51 A的反应效率最低,这是由于层间距过大可能造成Cyc在层间具有过高的流动性,消弱了层间限域效应;并且通过DSC表征发现层间距为9.56 A的样品的主-客体相互作用最弱,层间EG容易从层板脱离与Cyc反应,从而促使其反应效率提高。