凹凸棒土酸改性研究及其催化应用开题报告

全文总字数：3146字

1. 研究目的与意义

凹凸棒石又名坡缕石,是一种层链状结构的含水富镁铝硅酸粘土矿物。

它具有特殊的纤维结构、不同寻常的胶体和吸附性能，具有广泛的应用领域，有千土之王、万用之土等美誉。

凹凸棒土因具有比表面积大、离子交换性能和热稳定性好、价廉易得等优点，已被广泛应用于催化领域。

2. 国内外研究现状分析

凹凸棒土（atp）是一种丰富的矿产资源。由于它具有独特的层链状结构特征、大的比表面积和晶体结构中存在直径0.16nm左右的孔道，不仅满足多相催化反应所需要的微孔和表面特征，同时还可产生酸碱协同催化作用，并具有分子筛的择形催化功能，因此凹凸棒土除了本身可以作为催化剂使用外，还可以作为催化剂载体，将活性组份均匀分散在其表面上，制成相应的催化剂。

国内外将凹凸棒土应用于催化剂领域的研究如下：1、热处理和酸化复合改性。melo等人采用含不同质量tb³ 的硝酸盐溶液处理焙烧、酸化过的凹凸棒土，将tb3 离子取代凹凸棒土中的mg² 、ai³ 离子，得到tb-凹凸棒土酸性催化剂用于催化异丙醇脱水生成丙烯，转化率高，用于乙醇脱水时产物乙烯的选择性高。la³ 也可取代凹凸棒土中含有的mg² 、a1³ 离子得到高效的酸催化剂la³ 在促进凹凸棒土的稳定性和活性时也不改变凹凸棒土的结构，同时用于乙醇脱水时具有良好的活性。2、酸化改性。lei等采用sncl₂处理酸化凹凸棒土，使sn² 离子取代凹凸棒土中的mg² 、a1³ 离子，得到的sn^-凹凸棒土催化剂被用于拜尔。维立格反应，催化h₂o₂氧化金刚酮等环酮和脂肪酮为相应的内酯和酯，具有较高的活性，选择性高达90％-99％。3、酸化改性。王薇等将zro₂负载在凹凸棒土上，经过硫酸溶液处理得到so₄^2-/zro₂。凹凸棒土固体酸催化剂，并将其用于催化生物柴油的制备，生物柴油产率达87.8％。常胡等采用回流蒸发吸附法将1，2-硅钨酸负载在凹凸棒土上得到硅钨酸一凹凸棒土复合催化剂，硅钨酸与凹凸棒土相互作用但仍保持keggin结构，在115℃、正丁醇与乙酸摩尔比为l:1.1和带水剂环己烷6 ml条件下，反应时间70 rain，即可得到77.3％的产率。pushpalctha等将改性的凹凸棒土作为一种有效的固体酸催化剂催化乙醇与乙酸发生乙酰化反应，与商业化催化k-10、ksf/0比较，结果表明使用凹凸棒土固体酸催化剂使乙酰化反应具有较高的产率。4、其它改性。仰榴青等以凹凸棒土为载体，通过离子交换．还原制各ni-凹凸棒土复合催化剂，该催化剂仅有lewis酸性且金属分散性好，对苯的加氢活性和选择性明显优于al₂o₃为载体得到的ni-a1₂o₃加氢催化剂。此外ni-b非晶态合金也可负载在凹凸棒土上得到复合催化剂，用于催化甲乙酮氢化胺化合成仲丁胺，表现出优异的催化活性，镍的单位催化效率也得到了提高。5、其它改性。li等采用水热法制各了atp／ceo₂纳米复合物，合成过程中使用环六亚甲基四胺作沉淀，结果表明10nm的ceo₂纳米粒子均匀的分散在凹凸棒上，提高了亚甲基蓝的降解率。zhang等人采用浸渍法将co² 掺入凹凸棒土晶体中后煅烧，co元素与凹凸棒土中舢、fe元素在高温下作用导致尖晶石结构coal₂o₄、cofe₂o₄的生成，制备出co掺杂凹凸棒土复合催化剂用于纯液相环己烷的氧化。

因为酸化改性atp具有流程简单、反应条件不苛刻、且试剂廉价等特点，所以本研究用通过酸化处理atp引入活性中心-so₄^2-制备负载型催化剂。用于生物质基糖类（葡萄糖或果糖）脱水反应，目前国内外对这类糖脱水生成5-hmf研究较为普遍，因为5-hmf具有可用作石油类产品的替代品等用处，所以一直被众多研究者所青睐。

3. 研究的基本内容与计划

1、通过酸处理凹凸棒土引入活性中心-SO₄^2-制备凹凸棒土的负载型固体酸。

2、使用如元素分析（CHNS）、X-射线晶体衍射（XRD）、氮气物理吸附（BET）、傅里叶转换红外（FTIR）和扫描电镜（SEM）等对该材料的组成、晶相、表面及孔结构、酸性、尺寸和形貌等进行表征。

3、研究该催化剂材料在催化转化糖类（如葡萄糖或果糖）脱水生成5-HMF中的性能。

4. 研究创新点

1、该方法采用了酸化改性凹凸棒土制备固体酸催化剂

2、该酸化改性法是凹凸棒土直接与酸接触改性，反应条件要求不高，流程简单，且原料廉价。

3、传统的无机酸均相催糖类脱水的方法虽然工艺简单, 操作容易, 投资小,但是存在对设备腐蚀严重、废弃物对环境污染大、反应过程中副产物多等严重缺陷。而本方法采用的固体酸催化剂具有容易分离、可回收再生及对环境无污染等优点，是一种绿色催化剂。