基于UiO-66的SO42-/ZrO2固体超强酸的制备及其酯化催化性能研究开题报告

1. 研究目的与意义

生物柴油是生物质能源最重要的可再生液体燃料之一，具有能量密度高、润滑性能好、储运安全、抗爆性好、燃烧充分等优良使用性能，还具有可再生性、环境友好性及良好的替代性等优点，是最具发展潜力的大宗生物基液体燃料。多年来工业生产油酸甲酯的方法大多采用液酸催化剂，且采用化学计量比的催化剂严重污染环境，且油酸甲酯的转化率和选择性低。因此寻找绿色催化剂并研发具有高活性和高选择性的催化剂，用于油酸甲酯的制备具有重要的科学意义和应用价值。SO₄^2-/ZrO₂固体超强酸催化剂其能在较温和的条件下活化酸催化反应, 还具有选择性高, 副反应少, 易和反应物分离, 对设备不腐蚀, 可重复使用, 废催化剂处理简单, 对环境污染少等优点。该研究基于UiO-66材料，通过硫酸处理，一步得到多孔SO42-/ZrO2固体超强酸催化剂，并用于酯化催化反应。该研究提供了一种新的多孔SO42-/ZrO2固体超强酸催化剂的方法，并通过研究孔道结构对催化性能的影响机理的研究，为高性能催化剂的合成和设计提供参考和合成经验。

2. 国内外研究现状分析

固体超强酸周如金等人用so₄^2-/zro₂为催化剂, 催化合成马来酸单糠醇酯, 活化温度为590 ℃, n(马来酐)∶n (糠醇)=1∶1.1 , 反应温度45 ℃, 反应时间2.5 h , 催化剂用量为总反应物质量的10 %, 平均收率92.6 %。

王景芸以纳米氧化物为前驱体制备的固体超强酸催化剂so₄² -/zro₂, 其hammet t 酸强度常数-12.14 。将so₄^{2 -}/zro₂用于催化苯甲醛与乙酸酐的缩醛反应, 制备条件为:焙烧温度为300℃, 浸渍液中硫酸的浓度为4.5 moll-1 , 浸泡时间为1.0 h , 活化温度为305 ℃, 缩醛产率为93.6 %。

用于异丁烷/(异)丁烯烷基化反应的物质主要以zro₂、tio₂和sio₂等氧化物作载体, 通过浸渍硫酸和磷酸等无机酸制得。其中报道较多的是so₄^2-/zro₂和s₂o₈^2-/zro₂。在适当的条件和so₄^{2 -}/zro₂催化剂的作用下, 丁烯的转化率可以达到100 %, 产物中c₈组分达到80 %以上。利用正丁烷或正戊烷异构化反应的一级可逆反应的正反应速率常数k 表示s₂o₈^2-/zro₂的超强酸性。

3. 研究的基本内容与计划

1.制备基于uio-66的so₄^2-/zro₂固体超强酸；

2.将上述材料应用于催化油酸和甲醇的酯化反应；

3.再用纯的uio-66材料和uio-66制成的固体超强酸材料以及直接用氧化锆制成的固体超强酸做对比，分析比较处理前后mofs材料催化性能的区别以及相较于直接用氧化锆处理反应的效果；

4. 研究创新点

1. 基于uio-66的so₄^2-/zro₂固体超强酸的制备并用于酯化催化反应

2. 扩展mofs材料，尤其是uio-66在催化领域的应用

3. 研究材料的孔道结构对催化活性的影响，建立材料结构和催化性能之间的关联，为高性能固体超强酸的制备提供理论参考和实验经验。