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题目:具有核-壳结构气凝胶小球的制备

关键词:核/壳气凝胶;固体酸;负载型催化剂;磷钨酸;萘异丙基化

  摘要


相较于其它固体材料,气凝胶材料具有低密度、大比表面积及高孔隙率等独特性质,因而在催化科学、材料科学等诸多领域具有广泛的应用价值。气凝胶作为一种非晶材料,其组分可调,所以可以实现大范围的固体酸碱性的调节,从而调节其固体酸、碱催化性质。具有核/壳结构的催化剂具备保护催化剂内核不易失活、调节表面酸性、发挥壳层的分离以及核层的催化作用等优点,这种协同作用的催化剂在催化领域有很好的应用前景。

2,6-二异丙基萘(2,6-DIPN)是重要的化工材料中间体,可以用来制备具有耐高温、高机械强度等优越性能的先进高分子材料。2,6-二烷基萘是由萘与烷基化试剂经烷基化反应制得,且该反应是固体酸催化反应。多元氧化物(尤其是SiO2/Al2O3)是常用的固体酸催化剂,磷钨酸(12-Tungstophosphoric acid 简称PW)在Keggin型杂多酸中因具有最强的酸性、环境友好、准液相行为等优势而被广泛应用作为固体酸催化剂。但其固体状态非多孔,比表面积也较小,通常催化活性较低。把PW负载到合适的载体上可以改善PW的表面积、催化活性和使用寿命。

本文通过相分离法、溶胶-凝胶法分别制备出PAA基炭包覆的气凝胶小球、RF基炭包覆的气凝胶小球。并在此基础上,将多元气凝胶具备的发达孔结构与磷钨酸的强酸性结合,成功制备了PW负载型C@SiO2/Al2O3催化剂。研究了催化剂的理化性质,并且考察了其针对萘异丙基化反应的催化性能。

结果表明:包覆炭保持了气凝胶的孔结构,炭包覆后SiO2/Al2O3气凝胶比表面可达306 m2/g,平均孔径可达11.3 nm。PW负载量为40%时,比表面积仍然可达224 m2/g。先负载PW再包覆炭的PW负载型C@SiO2/Al2O3催化剂催化效果不理想。采用后负载PW方式制备的催化剂对萘异丙基化反应催化效果明显,总酸量随着活化温度的提高显著增加,催化剂350 °C活化,反应温度为325 °C,反应时间4h时,反应转化率最高,萘的转化率高达96.22%,DIPN的选择性为44.96%,β,β-DIPN选择性达到76.87%。