含膦酸基团催化材料的制备及其性能研究

【摘要】随着石油资源的日益短缺和过度消耗，能源安全、环境污染等问题成为普遍关注的问题。在发展经济的同时，兼顾生态环境的保护，是实现可持续发展必须遵循的准则。开发可再生、低污染、分布广泛且储量丰富的生物质能，成为当今世界重大热门课题。生物柴油是一种清洁的可再生能源，具有可生物降解、可完全燃烧、有害物质排放少等优点，生物柴油是一种优良的柴油燃料代替品，研发和利用生物柴油是当今国际解决资源短缺，环境污染，实现节能减排的必经之路。目前，制备生物柴油的主要方法是酯交换法，酯交换反应的关键在于催化剂的选择。寻求一种高催化性，易回收，能循环利用的环境友好型催化剂是将生物柴油推向工业化生产的重要保障。油酸甲酯是生物柴油的重要组成部分，同时也是一种重要的化工原料，用于化工助剂，润滑剂和除草添加剂等，大量生产油酸甲酯也有利于推动工业经济的发展。油酸甲酯的制备途径主要是过酯化反应，其关键因素亦在于催化剂。有机膦酸基团具有较强的配位能力，对很多金属离子具有较强的配位能力，因此膦酸基团在晶体学，污水处理方面均得到广泛的研究，然而作为酸性催化剂的研究较少，所以本文制备了含有膦酸基团的有机膦酸1-羟基苯甲基膦酸和改性二氧化硅球的膦酸化产物，利用1-羟基苯甲基膦酸催化酯交换反应合成了生物柴油，并利用Box-Behnken响应面法优化了合成条件。用改性二氧化硅球的膦酸产物催化酯化反应合成了油酸甲酯，利用Box-Behnken响应面法优化了合成条件。其结论如下：1.以三氯化磷为磷源，采用梯度升温的方法合成了1-羟基苯甲基膦酸，并用红外光谱，质谱，核磁对其表征。该有机膦酸作为催化剂，催化大豆油合成生物柴油，用Box-Behnken原理优化了合成生物柴油条件，结果表明：该催化剂有较好的催化活性，易分离，用乙酸乙酯即可洗脱出来，重复催化6次，收率仍达到75%以上。2.利用经典的Stober反应合成了二氧化硅球，并用硅烷偶联剂改性，得到了表面含有氨基的改性二氧化硅球，经Mannich反应得到含膦酸催化材料，该材料用红外光谱，扫描电镜，EDS能谱，热重差热进行了表征。材料表面含有膦酸基团，具有一定的酸性，因此作为酸性催化剂合成了油酸甲酯，并通过Box-Behnken响应面优化了反应条件。
【作者】吴晓敏；
【导师】季桂娟；甘树才；
【作者基本信息】吉林大学，分析化学，2014，硕士
【关键词】膦酸基团；催化；响应面法；生物柴油；

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